DE69836259T2

DE69836259T2 - Verbundmaterial aus leichtmetall und mit kohlenstofffasern verstärktem kunststoff

Info

Publication number: DE69836259T2
Application number: DE1998636259
Authority: DE
Inventors: Akihiko Kitano; Kenichi Yoshioka; Kenichi Noguchi; Hitoshi Nishiyama
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2018-08-21
Also published as: AU8747898A; EP0938969A1; US6468613B1; CA2269353A1; KR20000068796A; CA2269353C; WO1999010168A1; DE69836259D1; EP0938969A4; EP0938969B1; AU734375B2

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Bauelemente (Strukturelemente) aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (im Folgenden mit CFK abgekürzt), die Leichtmetall, Kohlenstofffasern und Harz umfassen, und Baumaterialien für die Verwendung als Baustoffe oder zur Verwendung in Baukonstruktionen, Kraftfahrzeugen, Schiffen und dergleichen.
Stand der Technik
Hybridmaterialien, in welchen ein Leichtmetall wie z.B. Aluminium und ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff aneinander geklebt werden, sind im Baubereich und als Baustoffe für Kraftfahrzeuge, Schiffe und dergleichen weit verbreitet.
Da Abschnitte aus Aluminium beispielsweise leichter sind als Abschnitte aus Stahl, werden diese als Hochhausbauelemente und dergleichen verwendet, da aber der Elastizitätsmodul von Aluminium gering ist, etwa 1/3 des Elastizitätsmoduls von Stahl, ist es in Fällen, in denen die Starrheit der Abschnitte aus Designgründen wichtig ist, erforderlich, die Querschnittsform von Aluminium im Vergleich zu Stahl zu vergrößern. Wenn die Querschnittsform vergrößert wird, steigt auch die Menge des verwendeten Materials, und somit ist es nicht möglich, das Gewicht in dem Ausmaß wie erwartet zu reduzieren, wodurch der Vorzüge der Verwendung von Aluminium reduziert werden. Deshalb wurden Aluminiumabschnitte, die mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (im Folgenden mit CFK abgekürzt) verstärkt werden, erfunden (Japanische geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 53-32181).
Da Kraftfahrzeugsstoßstangen aus Aluminium wiederum leichter als jene aus Stahl sind, sind diese weit verbreitet, um den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs und die Reiseleistung zu verbessern, aber im Falle der Verwendung eines Aluminiummaterials ist das Aufprallverhalten nur einfach und liegt innerhalb des theoretisch berechneten Bereichs, weshalb Verstärkungsmaterialien für Türträger und Stoßstangen, in welchen Aluminium und faserverstärkte Kunststoffe kombiniert werden, in der Japa nischen Ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 6-101732 und der Japanischen Ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 4-243643 vorgeschlagen wurden.
Baustoffe für den Baubereich, Kraftfahrzeuge, rollendes Material und dergleichen sind jedoch beispielsweise in der regnerischen Jahreszeit einer großen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt; wenn also ein Leichtmetall und ein CFK nur zusammengeklebt wurden, kam es bei anhaltender Verwendung zu dem Problem, dass aufgrund der natürlichen Potentialdifferenz zwischen den beiden Kontaktkorrosion auftritt, wodurch es zu unvorhergesehenen Schäden an dem Element kommt. Im Allgemeinen war man der Ansicht, dass in den Fällen, in denen ein Leichtmetall und ein CFK aneinander geklebt werden, es umso besser ist, je dünner die Haftmittelschicht ist (da die Haftfestigkeit ansteigt, je dünner diese wird, und auch um keine Schicht eines Haftmittels zu bilden, welches durch beim Aufkleben ausgeübten Druck austritt). In den in den zuvor genannten Veröffentlichungen beschriebenen Erfindungen ist das Konzept, dass Festigkeit, Schlageigenschaften und Witterungsbeständigkeit nur durch Bereitstellung einer bestimmten Dicke der Haftmittelschicht erreicht werden können, wie es in der vorliegenden Erfindung der Fall ist, nicht vorhanden.
Als eine Technik, um Kontaktkorrosion zwischen einem Leichtmetall und CFK zu vermeiden, wird in der Japanischen Ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 61-60772 das Verkleben einer Metallplatte und eines CFK mit einem Acryl-Haftmittel, das Glasperlen eines bestimmten Durchmessers enthält, offenbart. In der Beschreibung auf Seite 564 des Originals, welche enthält, dass es keine Beschränkungen in Bezug auf die Bedingungen der Schichtdicke gibt, wird deutlich, dass das Konzept in der Veröffentlichung eine einfache Art des Im-Kreis-Denkens ist, dass nämlich Kontaktkorrosion einfach durch das Mischen eines Glasmaterials in das Harz, das die Haftmittelbasis (das Basisharz) bildet, vermieden werden kann, aber dies ist keine sehr verlässliche Technik zur Vermeidung von Kontaktkorrosion. Wenn die Isoliereigenschaft des Basisharzes in dem Haftmittel vor der Zugabe der Glasperlen unzureichend ist, können Feuchtigkeit und ionische Substanzen leicht unabhängig von der Menge an zugesetzten Glasperlen durch das Harz dringen, und es kommt zu Kontaktkorrosion. Außerdem besteht ebenfalls das Problem, dass es, wenn die Haftfes tigkeit, wie in der vorliegenden Erfindung offenbart, nicht ein bestimmtes Niveau hat (in der besagten Veröffentlichung beträgt die Haftfestigkeit 7,6 MPa), unvermeidlich zu Kontaktkorrosion kommt (wenn das Element Außeneinflüssen oder hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit bei gleichzeitiger Gegenwart von Sauerstoff und Feuchtigkeit ausgesetzt ist eher als in Wasser).
EP 0416432 offenbart ein mit einem Epoxy- oder Polyesterharz imprägniertes Kohlenstofffasergewebe, welches um ein Metall- (z.B. Titan-) Rohr gewickelt wird.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es nicht nur, das zuvor angesprochene Problem in Bezug auf Baustoffe, umfassend ein Leichtmetall und CFK, so zu lösen, dass es nicht zu Kontaktkorrosion kommt, sondern auch extrem praktische Leichtmetall/CFK-Hybridbaustoffe, die leicht sind und ausgezeichnete Starrheit, Festigkeit und Stoßfestigkeit aufweisen, bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Um das zuvor angesprochene Ziel zu erreichen, ist die vorliegende Erfindung im Wesentlichen wie folgt aufgebaut. Die vorliegende Erfindung stellt dementsprechend ein Leichtmetall/CFK-Bauelement bereit, in dem ein CFK-Material mittels einer Haftmittelschicht auf die Oberfläche eines Leichtmetallmaterials aufgeklebt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftmittelschicht zwischen dem Metallmaterial und dem CFK-Material ein Epoxyhaftmittel enthält und eine Dicke von zumindest 10 μm und bis zu 500 μm, einen spezifischen Volumenwiderstand von zumindest 1 × 10¹³ Ω·cm und eine Haftfestigkeit bei Raumtemperatur von zumindest 15 MPa aufweist.
Wie oben festgestellt, ist es für den Bestand der mechanischen Eigenschaften eines Bauelements und die Vermeidung von Kontaktkorrosion erforderlich, dass eine bestimmte Dicke des Haftmittels zwischen dem Leichtmetall und dem CFK sichergestellt wird. Außerdem ist es, da es zu Kontaktkorrosion kommt, wenn die durch die Haftmittelschicht absorbierte Feuchtigkeit einen elektrischen Kreis bildet, notwendig, dass die Isolationseigenschaft der Haftmittelschicht selbst nach Feuchtigkeitsabsorption zumindest einen bestimmten Wert aufweist. Das bedeutet, dass der Volumenwiderstand des Haftmittels selbst zumindest einen bestimmten Wert aufweisen muss. Darüber hinaus hat der Wert des Volumenwiderstands nach Feuchtigkeitsabsorption bevorzugt zumindest ein bestimmtes Niveau.
Ferner haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Tatsache, dass ein großer Teil der Kontaktkorrosion eines Bauelements aufgrund einer unzureichenden Haftfestigkeit an der Berührungsfläche auftritt, neu entdeckt. Das bedeutet, dass, wenn die Haftfestigkeit unter einem bestimmten Wert liegt, durch die hohe Belastung, die auf die Berührungsfläche wirkt, mikroskopische Risse in der Haftmittelschicht entstehen, die Wege für Kontaktkorrosion, bilden, und/oder wenn die Haftfestigkeit unter einem bestimmten Wert liegt, es zu mikroskopischer örtlicher Ablösung an der Haftungsberührungsfläche kommt, wodurch Stellen entstehen, an denen Feuchtigkeit, die das Medium der Kontaktkorrosion ist, festgehalten wird, und so kommt es zu Kontaktkorrosion. Um Kontaktkorrosion von Bauelementen zu verhindern, muss die Haftfestigkeit demnach zumindest einen bestimmten Wert aufweisen. Anders ausgedrückt bedeutet das, dass es durch das Festlegen von Isolationseigenschaft und Haftfestigkeit zum ersten Mal möglich geworden ist, ein äußerst verlässliches Baumaterial, das nicht von Kontaktkorrosion betroffen ist, praktisch umzusetzen.
Da gemäß dem Stand der zuvor angesprochenen Japanischen Ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 61-60772 die Dicke der Haftmittelschicht nicht gesteuert wird und da die Metallfolie und der CFK nicht ausreichend fest aneinander geklebt werden (in der Japanischen Ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 61-60772 beträgt die Haftfestigkeit 76 kg/mm²), kommt es in einem realen Umfeld mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit zu Kontaktkorrosion des Baumaterials.
Kurze Erklärung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines flachen Elements bezogen auf eine praktische Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines I-Träger-förmigen Elements bezogen auf eine praktische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Vierkantträger-förmigen Elements bezogen auf eine praktische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines säulenförmigen Elements bezogen auf eine praktische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines hohlen quadratischen stoßabsorbierenden Elements bezogen auf eine praktische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren hohlen quadratischen stoßabsorbierenden Elements bezogen auf eine praktische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines stoßabsorbierenden Elements mit einem I-förmigen Querschnitt bezogen auf eine praktische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines schaumgefüllten stoßabsorbierenden Elements bezogen auf eine praktische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines runden rohrförmigen stoßabsorbierenden Elements bezogen auf eine praktische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt eine Darstellung, die ein Verfahren für das Auftragen einer Vielzahl von Haftmitteln bezogen auf eine praktische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
11 zeigt eine schematische Darstellung des Charpy-Schlagversuch-Verfahrens bezogen auf eine praktische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung:
12 zeigt eine schematische Darstellung eines stoßabsorbierenden Elements mit abgerundeten Kanten bezogen auf eine praktische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

1: Leichtmetall/CFK-Bauelement
2: Leichtmetallmaterial (Aluminium oder dergleichen)
3: CFK-Material
4: Haftmittelschicht
4-a: Haftmittel A
4-b: Haftmittel B
5: Schaummaterial
6: Kantenteil

Optimale Konfiguration für die praktische Umsetzung der Erfindung
In der vorliegenden Erfindung steht Leichtmetall für ein Leichtmetallmaterial, das Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Magnesium, eine Magnesiumlegierung oder dergleichen umfasst, und das Leichtmetall/CFK-Baumaterial (1) umfasst das besagte Leichtmetall (2), Material aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) (3) und eine Haftmittelschicht (4) (1).
Zunächst wird die Haftmittelschicht (4), welche eines der wichtigsten Strukturelemente der vorliegenden Erfindung ist, eingehender betrachtet; diese verbindet nicht nur das Leichtmetall und den CFK, sondern ist eines der Strukturelemente des Baumaterials und spielt ebenfalls eine Rolle in Bezug auf die Vermeidung von Kontaktkorrosion zwischen dem Leichtmetall und dem CFK sowie in Bezug auf die Lastenübertragung zwischen dem Metallmaterial und dem CFK, um als ein Baumaterial dienen zu können (um die im Folgenden angesprochenen Festigkeits- und Stoßenergieabsorptionseigenschaften aufweisen zu können).
Die Dicke der Haftschicht beträgt 10 bis 500 μm. Das unterscheidet sich von der herkömmlichen Sicht, dass es umso besser ist, je dünner die Haftschicht ist (im Hinblick auf Belastungsanalyse oder dergleichen ist eine zu vernachlässigende Dicke zu bevorzugen). Das liegt daran, dass, wenn die Dicke der Haftmittelschicht unter 10 μm liegt, insbesondere wenn das Baumaterial groß ist, die Möglichkeit besteht, dass Regionen produziert werden, auf die kein Haftmittel aufgetragen wurde, und es besteht die Möglichkeit, dass wie im Folgenden beschrieben in diesen Regionen Kontaktkorrosion auftritt, während, wenn die Haftmittelschicht mehr als 500 μm dick ist, das Haftmittel oft aufgetragen werden muss, um diese Dicke zu erreichen, was teuer ist. Noch bevorzugter ist die Haftmittelschicht 20–500 μm dick und sogar noch bevorzugter 50–500 μm.
Die Dicke der Haftmittelschicht kann durch die Betrachtung des Querschnitts mit einem optischen Mikroskop bei 50- bis 100facher Vergrößerung bestimmt werden. Wenn die Dicke variiert, wird die mittlere Dicke von 10 zufällig untersuchten Stellen als Dicke angenommen.
Die Dicke der Haftmittelschicht kann durch jedes bekannte Mittel angepasst werden. Eine Anpassung kann beispielsweise durch die Anpassung der Viskosität des Haftmittels und die zeitliche Steuerung des angewandten Drucks erfolgen oder, wie im Folgenden besprochen, ist es auch möglich, durch das Einmischen eines thermoplastischen Harzes in das Haftmittel eine Anpassung durchzuführen. Genauer gesagt erfolgt das Aufkleben unter Anwendung von Druck bei einem Flächendruck von etwa 0,001 bis 0,1 MPa bei einer Viskosität von 500–2.000 Poise. Wie im Folgenden besprochen, kann die Schichtdicke auch dadurch sichergestellt werden, dass zunächst nur die erforderliche Menge des Haftmittels aufgetragen wird und dann so Druck ausgeübt wird, dass unter Druckausübung kein Haftmittel austritt. Es ist wiederum möglich, dass zwischen dem Leichtmetall und dem CFK ein Abstandshalter der er forderlichen Dicke angebracht wird, welcher bei Druckausübung nicht verformt wird. Außerdem kann der Abstandshalter selbst eine elektrisch isolierende Schicht aus Verstärkungsfasern sein. Das bedeutet, dass die Haftmittelschicht selbst, vorausgesetzt, dass sie ausgezeichnete Hafteigenschaften aufweist, eine isolierende Schicht aus faserverstärktem Kunststoff sein kann.
Ferner ist es erforderlich, da Kontaktkorrosion, wie oben angesprochen, aufgrund der Bildung von mikroskopischen elektrischen Kreisen zwischen dem Leichtmetall und dem CFK entsteht, dass der Wert des Volumenwiderstands zumindest 1 × 10¹³ beträgt. Der Volumenwiderstand kann so hoch wie möglich sein, wobei etwa 1 × 10¹⁷ Ω·cm praktisch umzusetzen ist. Andererseits muss gleichzeitig die Haftfestigkeit bei Raumtemperatur zumindest 15 MPa ausmachen.
Der Volumenwiderstand kann hier gemäß JIS K6911 gemessen werden. Der Volumenwiderstand der Haftschicht in einem zuvor zusammengeklebten Element kann gemäß JIS K6911 gemessen werden, wenn die Haftschicht auf dem Aluminiummaterial angebracht ist, nachdem die CFK-Schicht abgezogen oder abgeschabt wurde.
Wenn der Volumenwiderstand unter 1 × 10¹³ Ω·cm liegt, bilden sich leicht elektrische Kreise, die nach Feuchtigkeitsabsorption zum Auftreten der unten erwähnten Kontaktkorrosion führen, während, um einen Wert von mehr als 1 × 10¹⁷ Ω·cm zu erzielen, die Zusammensetzung des Haftmittels selbst komplex wird, was teuer ist. Ein noch bevorzugterer Bereich ist 1 × 10¹⁴ Ω·cm bis 1 × 10¹⁷ Ω·cm.
Die Haftfestigkeit kann gemäß JIS K6850 gemessen werden. Die Haftfestigkeit eines bereits zusammengeklebten Elements kann auch gemäß JIS K6850 gemessen werden, indem der CFK- und/oder Leichtmetallanteil so abgeschabt wird, dass die Klebeverbindung bestehen bleibt. Raumtemperatur bezieht sich auf den Bereich von 21°C bis 26°C.
Der Grund, warum die Haftfestigkeit zumindest 15 MPa ausmachen soll, ist, wie oben erwähnt, die Vermeidung des Auftretens von Mikrorissen und von mikroskopischer Ablösung bei Langzeitverwendung und auch zur Sicherstellung der mechanischen Eigenschaften. Zumindest 20 MPa sind noch bevorzugter.
Der Volumenwiderstand des Haftmittels neigt dazu, durch Feuchtigkeitsabsorption zu sinken; demnach beträgt der Volumenwiderstand nach Feuchtigkeitsabsorption vorzugsweise 1 × 10⁹ Ω·cm bis 1 × 10¹⁵ Ω·cm. Wenn er geringer als 1 × 10⁹ ist, bilden sich leicht die elektrischen Kreise, die zum Auftreten von Kontaktkorrosion nach Feuchtigkeitsabsorption führen, während um einen Wert von mehr als 1 × 10¹⁵ Ω·cm zu erzielen die Zusammensetzung des Haftmittels selbst komplex wird, was teuer ist. Ein noch bevorzugterer Bereich für den Volumenwiderstand nach Feuchtigkeitsabsorption ist der Bereich über 1 × 10¹⁰, wobei der Bereich über 1 × 10¹¹ sogar noch bevorzugter ist. „Nach Feuchtigkeitsabsorption" bezeichnet den Zustand, wenn das Haftmittel 40 Tage lang einer Atmosphäre mit einer Temperatur von 60°C und einer relativen Feuchtigkeit von 85 % ausgesetzt wurde, und eine Messung gemäß JIS K6911 kann auf dieselbe Weise wie für den oben beschriebenen Volumenwiderstand erfolgen. Der Volumenwiderstand der Haftschicht eines bereits zusammengeklebten Elements kann gemäß JIS K6911 erfolgen, wenn die Haftschicht auf dem Aluminiummaterial angebracht ist, nachdem die CFK-Schicht abgezogen oder abgeschabt wurde.
Die Haftfestigkeit neigt dazu, nach Feuchtigkeitsabsorption zu sinken, jedoch treten nach Feuchtigkeitsabsorption, da das Haftmittel erweicht und seine Dehnbarkeit ansteigt (wodurch die Belastung sinkt), die Mikrorisse, die ein Grund für Kontaktkorrosion sind, weniger leicht auf, weshalb die Haftfestigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption vorzugsweise zumindest 9 MPa ausmacht, noch bevorzugter zumindest 14 MPa.
Baumaterialien werden wiederum direkter Sonnenbestrahlung ausgesetzt und werden unter Bedingungen mit hohen Temperaturen wie z.B. in einem Umfeld, in dem Feuer verwendet wird, eingesetzt. Wenn die Temperatur ansteigt, neigt das Haftmittel dazu, zu erweichen (seine Dehnbarkeit steigt), weshalb die Haftfestigkeit bei einer Temperatur von 60°C vorzugsweise zumindest 8 MPa beträgt. Durch das Erfüllen dieser Voraussetzung kann Kontaktkorrosion über lange Zeiträume hinweg in Bau materialien, die starken Veränderungen in Bezug auf Temperatur und Feuchtigkeit ausgesetzt sind, noch zuverlässiger vermieden werden.
Außerdem wird durch das Erfüllen dieser Voraussetzung nicht nur Kontaktkorrosion, sondern auch physikalische Eigenschaften wie Schwingungsdämpfungseigenschaften bei hohen Temperaturen und Stoßabsorptionseigenschaften stabilisiert, und hochzuverlässige Baumaterialen können hergestellt werden.
Beispiele für Haftmittel, die die oben genannten Eigenschaften erfüllen, sind jene, deren Hauptkomponente Phenol, Epoxy, ungesättigter Polyester, Polybenzimidazol, Acryl (SGA), Resorcin, Harnstoff, Acrylatdiester, Silicium, Melamin oder andere derartige hitzehärtbare Haftmittel, Polyamid, Acryl (PMMA), Polyurethan, ungesättiger Polyester, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetal oder andere derartige thermoplastische Haftmittel oder Polysulfid, Siliconkautschuk, Butadien-Styrol-Kautschuk (SBR), Chloroprenkautschuk oder andere derartige Haftmittel auf Elastomerbasis ist.
In der vorliegenden Erfindung umfasst die Haftmittelschicht zwischen dem Metallmaterial und dem CFK ein Epoxyhaftmittel. Ein Legierungshaftmittel basierend auf einer Kombination aus verschiedenen Gruppen ist ebenfalls bevorzugt. Spezifische Beispiele sind Epoxynylon, Epoxyphenol und Epoxypolysulfid.
Epoxyharze sind für das Verkleben von Aluminium und einem faserverstärkten Kunststoff besonders zu bevorzugen. Bei diesen kann eine Haftfestigkeit von mehr als 15 MPa durch das Vermischen von 0,3 bis 1,0 Gewichtsteilen eines Silanhaftmittels wie z.B. eines Epoxysilans mit einem Epoxyharz erreicht werden, somit ist dies zu bevorzugen.
Phenolhältige Haftmittel sind schwer entflammbar und sind so in Fällen, in denen es erforderlich ist, dass Baumaterialien feuerhemmend sind, wie z.B. bei Anwendungen im Baubereich, Kraftfahrzeugen, Bahnschienenfahrzeugen und dergleichen, zu bevorzugen.
Um einen Volumenwiderstand nach Feuchtigkeitsabsorption innerhalb des zuvor angesprochenen Bereichs zu erreichen, ist es außerdem möglich, ein thermoplastisches Harz wie z.B. Polyamid, Vinylchlorid, Polystyrol, ABS-Harz, Methacrylatharz, Fluorkunststoff- oder Polyethylenharz, welches nach Feuchtigkeitsabsorption einen hohen Volumenwiderstand aufweist, mit beispielsweise einem Epoxyhaftmittel zu vermischen, um den Volumenwiderstand einzustellen, wenn Feuchtigkeit absorbiert wurde, damit dieser innerhalb des zuvor angesprochenen Bereichs liegt. Unter diesen Umständen sind folgende Formen Beispiele für die bevorzugte Form des einzumischenden thermoplastischen Harzes: Körner, Pulver, Faservlies, Gewebe sowie Maschen. Es ist auch möglich, die Dicke der Haftmittelschicht durch Verwendung dieser Formen einzustellen.
Eine weitere bevorzugte Möglichkeit zur Erhöhung des Volumenwiderstands nach Wasserabsorption ist es, zwei oder mehrere Arten eines anorganischen Materials mit etwa demselben Teilchendurchmesser wie z.B. Siliciumdioxidteilchen, Aluminiumoxidpulver, Glasfaserpulver und dergleichen in ein Epoxyharz zu mischen. Spezifisch werden Siliciumdioxidteilchen mit einem sekundären Teilchendurchmesser von etwa 5 μm bis 50 μm, Aluminiumoxidpulver mit einem Teilchendurchmesser von etwa 1 bis 100 μm und Glasfaserpulver mit einer Faserlänge von 10 bis 50 μm verwendet. In diesen Bereichen werden die unterschiedlichen Teilchen innerhalb der Haftmittelschicht nämlich im Wesentlichen aufgrund von Wechselwirkungen einheitlich vermischt, und die absorbierte Feuchtigkeit bewegt sich auf komplexe Weise durch die Haftschicht, so dass der Effekt, der Kontaktkorrosion nach Feuchtigkeitsabsorption verhindert, weiter verstärkt wird. Die Menge des vermischten anorganischen Materials beträgt 2 bis 8 Gew.-% im Fall von Aluminiumoxidpulver, 0,5 bis 3 Gew.-% im Fall von Glasfaserpulver und 3 bis 10 Gew.-% im Fall von Siliciumdioxidteilchen. Die Zugabe von anorganischen Teilchen hat wiederum die Auswirkung, die Hitzebeständigkeit der Haftmittelschicht zu verbessern.
Die physikalische Form des Haftmittels kann eine wässrige Lösung, eine Lösung oder Emulsion (Latex) oder eine lösungsmittelfreie Form, ein Feststoff oder eine Bandform sein.
Ein Haftmittel in der Form einer wässrigen Lösung basiert auf der Auflösung eines Kunstharzes oder dergleichen in Wasser, und zu den Beispielen gehören Harnstoff-, Phenol- und Polyvinylalkoholhaftmittel.
Ein Haftmittel in der Form einer Lösung ist eines, zu dessen Herstellung ein Kunstharz oder Elastomer in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst wurde, und Beispiele reichen von jenen mit geringer Viskosität, bei denen Sprühauftragen möglich ist, bis zu jenen mit hoher Viskosität, die mit einer Abdichtpistole aufgetragen werden.
Ein Haftmittel in der Form einer Emulsion ist eines, zu dessen Herstellung kleinste Teilchen eines Kunstharzes oder Elastomers in Wasser unter Einwirkung eines Tensids emulgiert werden.
Ein lösungsmittelfreies Haftmittel ist so aufgebaut, dass die Härtung zur Bildung der Haftbeschichtung durch eine chemische Reaktion eines Monomers oder Oligomers erfolgt, und ist dadurch gekennzeichnet, dass es kein organisches Lösungsmittel enthält.
Ein Haftmittel in der Form eines Feststoffs stellt eine Pulver-, Block-, Faden- oder Folienform eines Haftmittels dar und ist ein Heißschmelzkleber, der durch Heißkleben angebracht wird.
Ein Haftmittel in der Form eines Bands wird in der Form eines Bands hergestellt, und es gibt klebrige und verschweißbare Arten. In Fällen, in denen die Haftoberfläche sehr uneben ist, ist ein Haftmittel in Pastenform eher zu bevorzugen, und wenn die Haftfläche groß ist, ist ein Haftmittel in Folienform zu bevorzugen.
Die zuvor angesprochenen flüssigen Haftmittel können aus einem Teil bestehen oder Gemische mit zwei oder mehreren Komponenten sein.
In Bezug auf die Härtungsbedingungen des Haftmittels wird bevorzugt aus kalthärtbaren, hitzehärtbaren und durch Energiebestrahlung härtbaren Typen ausgewählt. Beispiele für den kalthärtbaren Typ sind Haftmittel vom Additionspolymerisationstyp wie z.B. Epoxy- und Urethanhaftmittel, durch Katalysatoren gehärtete Haftmittel, durch Feuchtigkeit härtbare Typen wie z.B. Cyanacrylat- und Urethanhaftmittel, anaerobe Haftmittel sowie radikalisch polymerisierende Haftmittel wie z.B. Acryl- und mikroverkapselte Haftmittel.
Da die Restwärmebeanspruchung, die bei der Härtung entsteht, bei kalthärtbaren Haftmitteln geringer ist als bei hitzehärtbaren Haftmitteln, haben diese den Vorteil, dass es möglich ist, ihre Haftfestigkeit zu steigern. Insbesondere da Restwärmebeanspruchung am Rand der Regionen eines Baumaterials (aufgrund von Spannungsanhäufung) höher ist, besteht die Möglichkeit, dass Kontaktkorrosion mit dem Fortschreiten von mikroskopischen Rissen und der Ablösung von Randregionen fortschreitet, und durch eine Senkung der Härtungstemperatur ist es möglich, die Kontaktkorrosionsbeständigkeit zu verbessern. Zwischen Aluminium und einem unidirektionalen CFK ist der Wärmeausdehnungskoeffizientunterschied mehr als vier Mal höher als zwischen Stahl und einem unidirektionalen CFK; durch die Verwendung eines kalthärtbaren Haftmittels ist es also möglich, den Effekt zur Vermeidung von Kontaktkorrosion weiter zu verstärken.
Beispiele für den hitzehärtbaren Typ sind Haftmittel des Schmelz/Abkühlungstyps wie z.B. Heißschmelzkleber, Haftmittel vom Additionsreaktionstyp wie z.B. Epoxy- und Urethanhaftmittel und Haftmittel vom Hochfrequenzerwärmungstyp wie z.B. Nylonhaftmittel und Haftmittel vom elektromagnetischen Induktionstyp. Beispiele für durch Energiebestrahlung härtbare Haftmittel sind Haftmittel vom UV-Bestrahlungstyp wie z.B. Acryl- und Epoxyhaftmittel, Haftmittel vom Laserbestrahlungstyp wie z.B. Acrylhaftmittel, Haftmittel vom Mikrowellenbestrahlungstyp wie z.B. Acrylhaftmittel, druckempfindliche Haftmittel und durch Feuchtigkeit härtbare Haftmittel. In Bezug auf die spezifische Erwärmungstemperatur zur Sicherstellung der zuvor angesprochenen Haftfestigkeit bei 60°C beträgt die Erwärmungstemperatur bevorzugt zumindest 80°C und wünschenswerterweise zumindest 100°C.
Bei Anwendungen im Baubereich sind außerdem halbfeste Haftmittel, die als härtbare klebrige Haftmittel bekannt sind, ebenfalls zu bevorzugen, wenn unverzügliche Haftung durch Klebehaftung erfolgt und diese dann durch die Härtungsreaktion zu dauerhafter Haftung umgewandelt wird. Haftmittel, die aus marinen Proteinen oder tierischen/pflanzlichen Proteinen extrahierte Komponenten enthalten und als Biohaftmittel bekannt sind, sind in Bereichen, in denen biologische Abbaubarkeit erwünscht ist, zu bevorzugen.
Für das Auftragen des Haftmittels wird ein einfaches Auftragwerkzeug wie z.B. Spatel, Bürste, Stab, Spritze oder Öler oder eine Walze wie z.B. eine Handwalze, eine mit einem Reservoir ausgestattete Walze oder eine Walzenstreichmaschine, ein Zylinderpistolensystem wie z.B. eine Abdichtpistole oder eine Dichtpistole, Fließpistole, Fließbürste, Sprühpistole oder andere unter Druck stehende Reservoirsysteme oder ein Druckpumpen- (Plungerpumpen-) System einer Fließpistole, Sprühpistole oder einer Fließbeschichtungsmaschine oder ein zwei Teile vermischendes Drucksystem oder dergleichen verwendet. Das Auftragen kann in Punkt-, Linien-, Streifen- oder Schichtform erfolgen. Das Auftragen kann als kontinuierliches, semi-kontinuierliches oder nicht kontinuierliches Verfahren erfolgen.
Von diesen sind eine Fließpistole, eine Fließbeschichtungsmaschine oder andere derartige automatische Vorrichtungen, mit denen eine Dosierung möglich ist, für das Auftragverfahren in Bezug auf Dicke, Einheitlichkeit, eine leichte Steuerung der Menge des Haftmittels und den Effekt zur Vermeidung von Kontaktkorrosion zu bevorzugen.
Das Leichtmetall, auf das in der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird, ist ein Metall wie z.B. Aluminium, Magnesium oder eine Legierung der eben genannten mit einer spezifischen Dichte von 3,0 g/cm³. Bevorzugte Legierungen sind Aluminium oder Aluminiumlegierungen, üblicherweise Bauabschnitte, Bleche, Rohre oder andere derartige stabförmige Materialien, Röhren und Platten (2, 3 und 4).
Das Aluminium oder die Aluminiumlegierung (im Folgenden einfach als Aluminium bezeichnet) unterliegt keinen bestimmten Beschränkungen, aber Beispiele umfassen all jene der Serien 1000 bis 8000 gemäß JIS. Vorzugsweise liegt die Dichte in einem Bereich von 2,5 g/cm³ bis 2,8 g/cm³, und der Elastizitätsmodul liegt in einem Bereich von 65 GPa bis 77 GPa. Reines Aluminium, das der Serie 1000 angehört, weist eine ausgezeichnete Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit auf, und Al-Cu-(Mg-) Legierungen, die der Serie 2000 angehören, weisen ausgezeichnete Festigkeit und Zähigkeit auf. Al-Mn-Legierungen der Serie 3000 sind ausgezeichnet formbar, und Al-Si-Legierungen der Serie 4000 sind durch hohe Festigkeit gekennzeichnet. Al-Mg-Legierungen der Serie 5000 sind ausgezeichnet formbar, während Al-Mg-Si-Legierungen der Serie 6000 ausgezeichnete Festigkeit, Zähigkeit, Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Al-Zn-(Mg-) Legierungen der Serie 7000 weisen besonders hervorragende Festigkeit und Zähigkeit auf. Für Bauabschnittmaterialien werden die Al-Mn-Legierungen 3005 und 3105, die ausgezeichnete Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweisen, verwendet oder reines Aluminium 1100 und 1200, das nach dem Anodisieren etwas weißlich aussieht. Die übliche Strangpresslegierung 6063 ist wiederum ein geeignetes Material für die Herstellung von Bauabschnittmaterialien mit einer komplexen Querschnittsform.
Zu den Aluminiumelementen, auf die in der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird, gehören selbstverständlich stranggepresste Elemente (kompakte und hohle Elemente), auf die die JIS-Standards H4100 und 4180 Bezug nehmen, und stranggepresste Rohre (stranggepresste Rohre mit Öffnung, dornstranggepresste Rohre), auf die die JIS-Standards H4080 und H4180 Bezug nehmen, die gezogenen Rohre, auf die in JIS-Standard H4080 Bezug genommen wird, sowie stranggepresste Stäbe, gezogene Stäbe und gezogene Drähte, auf die in den JIS-Standards H4040 und Z3232 Bezug genommen wird, lange blakenförmige Elemente, für die es keine JIS-Bestimmungen gibt (Rohre, quadratische Rohre, Winkelrohre, Rinnen, C-, T- und I-Träger, flache Platten, Stäbe, unterstützende Streben und Balken), stangenförmige verlängerte Materialien, Plattenmaterialien, stangenförmige, rohrförmige und säulenförmige Elemente, die durch Gießen und Schmieden hergestellt werden, Elemente mit einer Längsverjüngung, Elemente mit diskontinuierlichen Vorsprüngen in Längsrichtung und Elemente mit Löchern.
Die Größe, Breite und Höhe (im Fall eines blechförmigen Elements die Dicke) beträgt etwa 1 mm bis 500 mm und die Länge von etwa 10 cm bis 30 m. Bei ihrem Einsatz können die Bauabschnittmaterialien dieser Größen auch nach den Schneiden oder Verschweißen/Verbinden verwendet werden.
In Bezug auf die zuvor angesprochene Haftfestigkeit wird die Oberfläche des Leichtmetalls vorzugsweise einer mechanischen oder chemischen Oberflächenbehandlung unterzogen. Im Fall von Aluminium wird die Oberfläche vorzugsweise wie in JIS K6848 beschrieben oberflächenbehandelt, was gewöhnlich als Vorbehandlung bezeichnet wird.
Ein spezifisches Beispiel wäre, dass die Oberfläche des Aluminiums abgeschliffen und gewaschen wird. Das Abschleifen erfolgt unter Verwendung von Schleifpapier (Sandpapier), einer Polierscheibe, einer Bandschleifmaschine, eines Sandstrahls, einer Drahtbürste oder durch einen Strahl Hochdruckflüssigkeit. Bei dem Waschverfahren kann es sich um ein Immersionswaschverfahren mit oder ohne Umrühren oder Anwendung von Ultraschallwellen oder ein Sprühwaschverfahren, ein Dampfbadwaschverfahren, ein Wischwaschverfahren oder dergleichen handeln. Lösungsmittel, die beim Waschen verwendet werden können, sind Aceton, MEK, entsalztes Wasser, Isopropylalkohol, Trichlorethylen, Trichlortrifluorethan, wasserlösliche Detergenzien und dergleichen. Um eine besonders hohe Haftfestigkeit zu erhalten, wird vorzugsweise eine chemische Behandlung in einer Behandlungsflüssigkeit, die Natriumbichromat, konzentrierte Schwefelsäure und Wasser umfasst, angewandt. Unter diesen Umständen kann die Behandlung effektiver erfolgen, wenn die Temperatur des Behandlungsbads erhöht wird. Eine Anodisierungsbehandlung von 30–50 Minuten in Chromsäure unter Anlegung von 10–30 Volt ist ebenfalls zu bevorzugen. Außerdem ist das als Phosphorsäure-Anodisierungsverfahren bezeichnete Verfahren, bei dem eine 10- bis 30-minütige Anodisierungsbehandlung in einem Phosphorsäurebad unter Anlegung von 10–20 Volt erfolgt, ebenfalls ein chemisches Behandlungsverfahren, um eine besonders hohe Haftfestigkeit zu erzielen. Um ferner eine noch bessere Hafteigenschaften zu erzielen, erfolgt vorzugsweise eine Dampfentfettung in Perchlorethylen und eine alkalische Wäsche gefolgt von einer Wäsche in Wasser, einer Reduktionsbehandlung, einer Wäsche in Wasser, einer Phosphorsäure-Anodisierungsbehandlung, einer Wäsche in Wasser, Erhitzen und Trocknen und einer Grundierungsbehandlung.
Die Senkung der elektrischen Leitfähigkeit durch die Bildung einer 3 μm bis 40 μm dicken Oxidschicht auf der Aluminiumoberfläche ist ebenfalls effektiv, um Kontaktkorrosion auf der CFK-Oberfläche zu vermeiden. Zu den spezifischen Behandlungen gehört die Bildung von Sperrbeschichtungen und porösen Beschichtungen durch Anodisieren, wobei jedoch poröse Beschichtungen, die die Dicke steigern können, bevorzugt sind. Eine poröse Beschichtung, deren Dicke in dem Bereich von 3 μm bis 40 μm liegt, ist besonders bevorzugt. Außerdem ist die poröse Beschichtung vorzugsweise eine Oxalsäurebeschichtung, eine Ammoniumboratbeschichtung, eine Phosphorsäurebeschichtung oder eine Chromsäurebeschichtung. Von diesen ist die strukturell regelmäßige Oxalsäurebeschichtung oder eine Ammoniumboratbeschichtung, in der es sehr wenige winzige Poren gibt, am meisten zu bevorzugen.
Die Oxalsäurebeschichtung kann beispielsweise durch eine Anodisierungsbehandlung bei einer Temperatur von 20–30°C und bei einer Stromdichte von 1 bis 4 A/dm² in einem Elektrolyt mit einer Oxalsäurekonzentration von 2 bis 6 % gebildet werden. Die Ammoniumboratbeschichtung kann beispielsweise durch eine Anodisierungsbehandlung bei einer Temperatur von 80 bis 120°C und bei einer Spannung von 100 bis 220 Volt in einem Elektrolyt mit einer Ammoniumboratkonzentration von 4 bis 6 % gebildet werden.
Vorzugsweise wird auf die Aluminiumfläche ebenfalls ein Harz, das als Grundierung aus demselben Harzsystem wie das Haftmittel (wenn beispielsweise ein Haftmittel aus Epoxyharz verwendet wird, enthält die Grundierung als Hauptkomponente ebenfalls Epoxyharz) bekannt ist, aufgetragen, und dann erfolgt vor dem Auftragen des Haftmittels eine Semi-Härtung oder Härtung. Unter diesen Umständen ist es möglich, die Grundierungsdicke ebenfalls als Dicke der Haftmittelschicht zu betrachten.
Um die in den Beispielen angeführte Stoßenergieabsorptionsleistung zu verbessern, wird vorzugsweise eine Aluminiumlegierung der Serien 2000, 5000 oder 7000 verwendet. Um außerdem das Ausmaß der Stoßenergieabsorption zu steigern, wird vorzugsweise eine Aluminiumlegierung der Serien 1000, 6000 oder 7000 verwendet.
In Bezug auf die Form ist eine hohle Form gegenüber einem kompakten Objekt zu bevorzugen, da so das Gewicht reduziert werden kann. Wie unten stehend erläutert, ist es im Falle eines stoßenergieabsorbierenden Elements höchst wünschenswert, dass es hohl ist. Außerdem hat ein hohles Element den Vorteil, dass das Fortschreiten von Kontaktkorrosion auch an der Innenseite untersucht werden kann. Außerdem werden hohle Elemente besonders bevorzugt als Elemente in großen Mengen eingesetzt, da die Herstellungskosten geringer sind.
Der kohlenstofffaserverstärkte Kunststoff (CFK) (3), auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht, umfasst zumindest ein Harz und Verstärkungsfasern, die Kohlenstofffasern umfassen, und hat die Funktion, die Starrheit und Festigkeit, welche die Schwachpunkte von Leichtmetallen sind, zu verbessern und gleichzeitig die Stoßenergieabsorptionsleistung zu steigern.
Die Kohlenstofffasern sind Kohlenstofffasern (auch als Graphitfasern bekannt), die aus Polyacrylnitrilfasern oder Pech als Ausgangsmaterialien durch Oxidation und Karbonisierungs-/Graphitierschritte hergestellt werden, und Hochmodultypen und hochfeste Typen werden verkauft, wobei eine einzelne Faser einen Durchmesser von 5 bis 10 μm aufweist. Im Allgemeinen werden die Kohlenstofffasern in Form von Strängen, in welchen einzelne Fasern (Monofilamente) in Einheiten von mehreren Tausend bis zu mehreren Hunderttausend gebündelt sind, verwendet.
In der vorliegenden Erfindung werden auf PAN basierende Kohlenstofffasern mit einem Elastizitätsmodul von 200 bis 500 GPa und einer Zugfestigkeit von 2,2 bis 10 GPa mit einem guten Gleichgewicht in Bezug auf Festigkeit und Elastizitätsmodul als Baumaterial bevorzugt. Eine Zugfestigkeit von 3,5 GPa bis 10 GPa wird besonders bevorzugt, da, auch im Fall von Kontaktkorrosion, eine Restfestigkeit beim Auftreten von Kontaktkorrosion gewährleistet wird (auch wenn es zu Kontaktkorrosion kommt, kommt es nicht unmittelbar zu einem Schaden an dem Baumaterial). Noch bevorzugter ist außerdem eine Zugfestigkeit von 4 GPa bis 10 GPa in Bezug auf die im Folgenden erwähnte Stoßenergieabsorption.
In der vorliegenden Erfindung werden die Kohlenstofffasern in Strangform und Rovingform, bei der die Stränge gebündelt sind, verwendet, jedoch sind die Fasern in den Strängen, wie durch das in der Japanischen Geprüften Patentveröffentlichung Nr. 1-272867 vorgestellte Messverfahren bestimmt, nicht mehr als 30 pro Meter. Wenn es mehr Fasern gibt, treten beim Formen Faserbrüche auf, und diese Fasern reichen bis an die Oberfläche des CFK und verursachen unerwartete Kontaktkorrosion. Wenn es beträchtlich viele Fasern gibt, wird es schwierig, lange Baumaterialien herzustellen.
Beispiele für das Harz, aus dem der CFK der vorliegenden Erfindung zusammengesetzt ist, sind hitzehärtbare Harze wie z.B. Epoxyharze, Phenolharze, Benzoxazinharze, Vinylesterharze und ungesättigte Polyesterharze. Außerdem sind thermoplastische Harze wie z.B. Polyethylen-, Polypropylenharz, Polyaminharz, ABS-Harz, Polybutylenterephthalatharz, Polyacetalharz und Polycarbonatharz ebenfalls bevorzugt. In der vorliegenden Erfindung wird Kontaktkorrosionsbeständigkeit durch die Haftmittelschicht sichergestellt, doch wenn die Feuchtigkeitsabsorption des CFK selbst niedrig ist, ist das zur Vermeidung von Kontaktkorrosion hilfreich. Ein spezifisches Maß ist, dass das Maß an Feuchtigkeitsabsorption durch das Harz im CFK vorzugsweise unter 10 % liegt. Die durch das Harz absorbierte Feuchtigkeit kann durch eine Messung bestimmt werden, wobei das Harz selbst 7 Tage lang bei 70°C in Wasser eingetaucht wird oder indem der CFK auf dieselbe Weise bei 70°C in Wasser eingetaucht wird und dann ausgehend von dem Gewichtsverhältnis bezogen auf die Koh lenstofffasern berechnet wird (die Feuchtigkeitsabsorption der Kohlenstofffasern kann als 0 angenommen werden).
Von den zuvor genannten Harzen sind Epoxyharze, Polyesterharze und Vinylesterharze, die für das im Folgenden erwähnte Pultrusionsverfahren geeignet sind und außerdem ausgezeichnete chemische Widerstandsfähigkeit und Witterungsbeständigkeit aufweisen, als Baumaterialien zu bevorzugen. Phenolharze und Benzoxazinharze weisen wiederum ausgezeichnete Flammenhemmung auf und erzeugen, wenn sie Verbrennen, nur wenig Gas, wodurch sie für Baumaterialien und für die Verwendung im Baubereich zu bevorzugen sind. Epoxyharze sind besonders für die Festigkeit von CFK bei Stoßeinwirkung und zur Verbesserung der Stoßenergieabsorptionsleistung zu bevorzugen.
Flammenhemmung kann auch durch das Inkorporieren von einem bekannten Flammenhemmstoff wie z.B. einem Phosphatester, halogenierten Kohlenwasserstoff, Antimonoxid, Zinkborat, phosphorhältigem Polyol, bromhältigem Polyol, Tetrachlorphthalsäureanhydrid oder Tetrabromphthalsäureanhydrid in die zuvor genannten Harze gewährleistet werden. Unter diesen Umständen können, wenn die Harze verbrennen, Gase, die dem Körper schaden, von diesen Flammenhemmstoffen freigesetzt werden, so dass die Menge an inkorporiertem Flammenhemmstoff auf eine geeignete Menge beschränkt werden sollte.
Zur Vermeidung von Kontaktkorrosion ist es zu bevorzugen, wenn die Verstärkungsfasern elektrisch nicht leitende Verstärkungsfasern sowie Kohlenstofffasern umfassen. Die Menge der Verstärkungsfasern, die keine Kohlenstofffasern sind, ist jedoch vorzugsweise niedriger als das Gewicht der Kohlenstofffasern, damit Eigenschaften wie niedriges Gewicht, hohe Starrheit und hohe Festigkeit der Kohlenstofffasern nicht beeinträchtigt werden.
Beispiele für elektrisch nicht leitende Fasern, die gemeinsam mit Kohlenstofffasern eingesetzt werden, sind Glasfasern, Aramidfasern, Nylonfasern, Polyethylenfasern und andere derartige synthetische Fasern, und diese können in dem Harz regelmä ßig oder unregelmäßig in der Form von langen oder kurzen Fasern oder in einer verwebten Form oder einer Bahnform (oder einer Mischung dieser Formen) angeordnet sein. Außerdem werden die Kohlenstofffasern vorzugsweise mit den elektrisch nicht leitenden Fasern bedeckt.
Von diesen Verstärkungsfasern sind Glasfasern billig und weisen ein gutes Gleichgewicht von Druck-/Zugfestigkeit auf, wodurch sie zu bevorzugen sind. Hier bezieht sich „Glasfasern" auf Fasern aus Glas wie z.B. sogenanntem E-Glas, C-Glas oder S-Glas, in welchem die Hauptkomponente Siliciumdioxid (SiO₂) ist und worin der Faserdurchmesser etwa 5 bis 20 μm beträgt. Wenn ein Gewebe, das als Mullgewebe bezeichnet wird, mit einer Dicke von 10 μm bis 100 μm, welches Glasfasern umfasst, auf der Fläche, die das Leichtmetall berührt, angebracht wird, kann die Kontaktkorrosionsbeständigkeit deutlich verbessert werden. Zusätzlich zur Verbesserung der Kontaktkorrosionsbeständigkeit kann eine Glasfaserbahn das Fortschreiten von Kohlenstofffaserschäden verhindern und verbessert die Harzimprägnierung beim Formen und senkt die Restspannung zwischen den Verstärkungsfasern. Außerdem ist eine Glasfaserbahn zur Verbesserung der Stoßfestigkeit hilfreich.
Jedes bekannte Formverfahren kann als Formverfahren für den CFK (welcher andere Verstärkungsfasern als Kohlenstofffasern enthalten kann) eingesetzt werden wie z.B. das Pultrusionsverfahren, Zugwickelverfahren, Filamentwickelverfahren, Handlaminierverfahren, RTM-Verfahren oder SCRIMP-Verfahren. Von diesen ist einstückiges Formen bei gleichzeitiger Imprägnierung der Faserbündel, welche die Kohlenstofffasern enthalten, mit Harz unter Einsatz des Pultrusionsverfahrens oder des Zugwickelverfahrens ökonomisch. Bei diesen Verfahren ist, wenn das Formen unter Verwendung von einer Reihe von parallel angeordneten Kohlenstofffaserspinnkabeln, die 3.000–200.000 mit einem Epoxyharz, einem Phenolharz, einem Polyamidharz oder einem Polyurethanharz versiegelte Kohlenstofffasermonofilamente umfassen, erfolgt, die Arbeit äußerst effizient, und man erhält einen qualitativ hochwertigen unidirektionalen CFK, was bedeutet, dass diese Vorgehensweise zu bevorzugen ist.
Das Handlaminierverfahren wiederum ist geeignet für geringe Produktionsmengen oder für komplexe/spezielle Strukturen. Im Fall des Handlaminierverfahrens oder des Autoklavverfahrens ist die Arbeitsleistung, wenn ein Prepreg, welches mit einem Harz wie Epoxyharz oder einem Phenolharz imprägnierte Kohlenstofffaserspinnkabel umfasst, eingesetzt wird, hoch, und man erhält einen qualitativ hochwertigen unidirektionalen CFK, was bedeutet, dass diese Vorgehensweise zu bevorzugen ist.
Die Leichtmetall/CFK-Baumaterialien der vorliegenden Erfindung weisen eine deutlich verbesserte Kontaktkorrosionsbeständigkeit auf, aber weil eine bestimmte Haftmittelschichtdicke und Haftfestigkeit sichergestellt werden, kommt es abgesehen von der Vorbeugung von Kontaktkorrosion zu anderen Auswirkungen. Insbesondere Biegefestigkeits- und Stoßenergieabsorptionseigenschaften werden im Vergleich mit dem Fall, in dem Leichtmetall und CFK einfach zusammengeklebt werden, verbessert. Als spezifische Anwendungen sind sie als lasttragende Bauelemente oder stoßbeständige Elemente im Bereich von Konstruktions-/Baukomponenten und für Kraftfahrzeuge, Schiffe, Schienenfahrzeuge und dergleichen geeignet.
Baumaterialien für die Verwendung in Konstruktion/Bau bedeutet, dass die Elemente für Konstruktionen wie z.B. Holzrahmen-, Stahlrahmen-, Zementmörtel- oder Ziegelprivathäuser, große Gebäude aus bewehrtem Beton, Hochhäuser, Chemiefabriken oder ähnliche Fabriken, Lagerhäuser, Schuppen, landwirtschaftliche Treibhäuser und Gartengewächshäuser, Solarhäuser, Fußgängerbrücken, Telefonzellen, mobile WC-/Duschanlagen, Garagen, Terrassen, Bänke, Leitplanken, Werbesäulen, Hütten, Käfige für Tiere, Zelte, Lagerräume, Fertigteilhäuser und ähnliche kleine, einfache Rahmengebäude und dergleichen eingesetzt werden.
Die Bauelemente werden an sehr unterschiedlichen Orten eingesetzt, und zu den Beispielen gehören Materialien zur Verstärkung von Wasserspeichertanks auf den Dächern von Gebäuden, kanalverstärkende Materialien, Poolmaterialien, Tür- und Fensterrahmen (so genannte Fensterflügelrahmen), Querstücke von Traufen, Balken für Decken und Böden, Schwellen, Materialien für Raumteilungen und Seitenwände, Sturze, Säulen, Trennwandrahmen zur Raumteilung, Dachrinnen, Gerüste und dergleichen.
In Hinblick auf Baumaterialien für Kraftfahrzeuge und Schienenfahrzeuge gibt es vielerlei Anwendungen wie z.B. Kraftfahrzeugskarosserien, verschiedene Rahmen, Teilrahmen, verschiedene Stangen, Stoßstangen, Materialien zur Verstärkung von Stoßstangen, Stoßbalken, Seitenbalken, Seitensäulen und dergleichen. Eine weitere mögliche Anwendung sind die Wagen/Waggons oder Karosserie/Wagenkästen von Zügen und Lastkraftfahrzeugen und andere ähnliche Rahmen. Als Beispiele für Flugzeugbaumaterialien sind Hauptflügel, Heckflügel, Propeller und dergleichen sowie der Rumpf.
In den zuvor genannten Bauelementanwendungen ist es möglich, indem entweder die gesamte oder ein Teil der Oberfläche des Leichtmetallmaterials mit CFK-Material beschichtet wird (2) oder indem diese verklebt werden, wobei der CFK in eine hohle Region oder Furche in dem Leichtmetallmaterial eingefügt wird (3), ein lasttragendes Element und/oder stoßenergieabsorbierendes Element mit deutlich verbesserter Festigkeit und/oder Stoßenergieabsorptionsleistung im Vergleich zu Leichtmetall allein zu bilden und so äußerst praktische Baumaterialien zu gewinnen.
Im Fall eines lasttragenden Aluminium/CFK-Materials, bei dem das Leichtmetallmaterial ein Aluminiumelement ist, beträgt die Dicke des CFK vorzugsweise zumindest 1/50 und bis zu 1/2. Denn innerhalb dieses Bereiches zeigt sich der Verstärkungseffekt am deutlichsten.
Außerdem sind die Kohlenstofffasern vorzugsweise auf PAN basierende Kohlenstofffasern mit einem Elastizitätsmodul von 200 bis 500 GPa und einer Zugfestigkeit von 2,2 bis 10 GPa. Die Kohlenstofffasern werden primär in der Richtung angeordnet, in der Starrheit des Aluminiummaterials erforderlich ist, beispielsweise in der Längsrichtung des Elements (in einem Winkel von ± 15° zur Längsachse). Wenn eine andere Faser als Kohlenstofffasern (Glasfasern, Aramidfasern, synthetische Fasern oder dergleichen) enthalten ist, ist die Menge dieser Verstärkungsfasern, die keine Koh lenstofffasern sind, vorzugsweise niedriger als das Gewicht der Kohlenstofffasern, damit die hohe Steifigkeit der Kohlenstofffasern nicht beeinträchtigt wird.
Die Starrheit/Festigkeit des Baumaterials steigt, je größer der Anteil von in Längsrichtung angeordneten Kohlenstofffasern ist, und wenn man das Gleichgewicht zwischen gewichtsreduzierendem Effekt, dem festigkeits-/starrheits-/festigkeitsverstärkenden Effekt sowie Kriecheigenschaften und Kosten in Betracht zieht, beträgt der Volumenanteil der in Längsrichtung angeordneten Kohlenstofffasern als Anteil der Verstärkungsfasern 5 bis 50 %.
Außerdem kann, wenn bei der Gestaltung die Kosten berücksichtigt werden, der CFK ebenfalls teilweise in Längsrichtung vorhanden sein. Um die Festigkeit und Starrheit besonders effizient zu verbessern, wird die CFK-Schicht vorzugsweise auf der Oberfläche des Bauabschnittmaterials aufgetragen, aber in Hinblick auf Vorteile in Bezug auf Design oder funktionelle Eigenschaften kann die CFK-Schicht auch oberflächennah angebracht werden.
Wenn der CFK-Anteil in Teilen (ungleichmäßig verteilt) vorhanden ist, wird vorzugsweise ein kalthärtendes Haftmittel eingesetzt – nicht nur aufgrund des Effekts zur Vorbeugung von Kontaktkorrosion, sondern auch weil es möglich ist, das Verziehen des Baumaterials an den Stellen, an denen CFK ungleichmäßig verteilt ist, welches durch Schrumpfen bei der bei einem heißhärtenden Haftmittel erforderlichen Kühlung entsteht, zu reduzieren.
Die symmetrische Anordnung des CFK- und Leichtmetallmaterials ist ebenfalls ein Verfahren zur Verhinderung von sichtbarem Verziehen, doch wenn das Aufkleben bei Raumtemperatur erfolgt, kann ohne die Verwendung von unnötigen Materialien ein herausragendes Baumaterial ökonomischer hergestellt werden.
Andererseits beträgt, wenn ein stoßenergieabsorbierendes Element einen Aluminiumanteil und CFK umfasst, wobei das Leichtmetall eine Aluminiumlegierung ist, die Dicke des CFK vorzugsweise 1/100 bis 1/3. In diesem Bereich ist die Verstärkungs wirkung in ökonomischer Hinsicht optimal. Außerdem ist das Leichtmetallmaterial vorzugsweise ein hohles Element (5, 6).
In Bezug auf den zuvor angesprochenen CFK, in dem Kohlenstofffasern und/oder Verstärkungsfasern, die keine Kohlenstofffasern sind, verwendet werden, beträgt der Elastizitätsmodul vorzugsweise 100–500 GPa, was höher ist als der Elastizitätsmodul von Aluminium. Die als Verstärkungsfasern eingesetzten Kohlenstofffasern, die dem CFK einen Elastizitätsmodul in diesem Bereich verleihen, sind vorzugsweise Kohlenstofffasern mit einem guten Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Elastizitätsmodul, wobei der Elastizitätsmodul 200–500 GPa beträgt, und die Zugdehnung beträgt zumindest 1,5 %, aber nicht mehr als 3,5 %, vorzugsweise zumindest 2,2 %, aber nicht mehr als 3,5 %.
Die Zugfestigkeit des CFK ist wichtig und beträgt vorzugsweise 1,0–10,0 GPa, was höher ist als die Zugfestigkeit von Aluminium. Außerdem beträgt die Zugfestigkeit noch bevorzugter 2,5 GPa bis 8 GPa.
Denn in diesem Bereich ist es möglich, die Rissbildung des Aluminiums, die bei einem Stoß auftritt, zu verhindern. Risse im Aluminium sind Orte, an denen Regenwasser und dergleichen eindringen kann, und es besteht die Möglichkeit, dass dies zum Versagen der gesamten Struktur oder zu einem Schaden am elektrischen System führt. Nach einem Stoß wird das Element gewöhnlich sofort ersetzt, aber ein Element der vorliegenden Erfindung muss nach einem Stoß nicht schnell ausgetauscht werden, und das Ersetzen des Elements kann zu einem passenden Zeitpunkt erfolgen.
Der Elastizitätsmodul des CFK wird im Wesentlichen durch die folgende Formel bestimmt. Elastizitätsmodul des CFK = Elastizitätsmodul der Kohlenstofffasern × Volumenanteil der Kohlenstofffasern
Der Elastizitätsmodul, die Dehnung und Festigkeit des CFK können gemäß ASTM D3039 gemessen werden.
Die Dicke des CFK liegt wiederum vorzugsweise in einem Bereich von 1/100 bis 1/3 in Bezug auf die Höhe des Aluminium- oder Aluminiumlegierungsteils. In ökonomischer Hinsicht ist die Verstärkungswirkung nämlich in diesem Bereich optimal.
Die Kohlenstofffasern sind primär in der Längsrichtung des Elements (in einem Winkel von ± 15° zur Längsachse) angeordnet, und andere Fasern als Kohlenstofffasern (Glasfasern, Aramidfasern, synthetische Fasern oder dergleichen) können ebenfalls enthalten sein. Die Menge dieser Verstärkungsfasern, die keine Kohlenstofffasern sind, ist vorzugsweise niedriger als das Gewicht der Kohlenstofffasern, damit die hohe Steifigkeit der Kohlenstofffasern nicht beeinträchtigt wird.
Bei einem stoßenergieabsorbierenden Element kann, wenn bei der Gestaltung die Wirtschaftlichkeit in Betracht gezogen wird, das CFK-Material in Teilen in Längsrichtung vorhanden sein (7).
Außerdem, auf die gleiche Weise wie die Kontaktkorrosion, beträgt die Haftfestigkeit (Zugscherfestigkeit) vorzugsweise 15 MPa bis 50 MPa, damit neben der Vorbeugung auch effiziente Stoßeigenschaften aufgewiesen werden.
Wenn die Haftfestigkeit unter diesem Bereich liegt, werden die Belastungen bei Stoßeinwirkung nicht zwischen dem Aluminium und dem CFK weitergeleitet, und die Stoßenergieabsorption kann weniger deutlich verbessert werden. Wenn die Haftfestigkeit umgekehrt über diesem Bereich liegt, breiten sich in dem Aluminium oder CFK entstandene Risse leicht in dem gesamten Querschnitt aus, mit dem Ergebnis, dass die Stoßenergieabsorption nicht deutlich verbessert werden kann. Noch bevorzugter beträgt die Haftfestigkeit 15 MPa bis 35 MPa. Außerdem entspricht in den Fällen, in denen eine Steuerung beispielsweise durch zwei oder mehrere verschiedene Oberflächenbehandlungen erfolgt, so dass die Haftfestigkeit wie unten erwähnt nicht einheitlich in dem zuvor angesprochenen Bereich liegt, die Haftfestigkeit der mittleren Festigkeit der Stellen mit starker Haftung und jener mit schwacher Haftung (dies wird als scheinbare mittlere Festigkeit bezeichnet).
Die Stoßeigenschaften werden unter den zuvor beschriebenen Bedingungen ausreichend sein, aber um die Energieabsorptionsleistung durch eine Trennung von CFK und Leichtmetall (beispielsweise Aluminium) zur Zeit der Stoßeinwirkung weiter zu steigern, ist es ebenfalls äußerst wirkungsvoll, wenn die Haftfestigkeit des Aluminiums und des CFK nicht einheitlich sind.
Das bedeutet, dass die Haftfestigkeit der zuvor angesprochenen Haftmittel, wenn das Verkleben unter Verwendung von zwei oder mehreren Arten von Haftmitteln mit verschiedener Hafffestigkeit (10) erfolgt, nicht einheitlich ist, damit es zur Zeit der Stoßeinwirkung zu einer Ablösung kommt, die von den Stellen mit schwacher Haftung ausgeht und sich auf jene mit starker Haftung ausbreitet, wobei die Energie aufgrund der Ablösung absorbiert wird. Wenn es zu einer Ablösung kommt, wird die Ausbreitung von Rissen, die ein Grund für das Versagen bei wiederholter Stoßeinwirkung ist, an diesen Stellen verhindert, so dass die Leistung in Bezug auf Widerstand gegen wiederholte Stoßeinwirkung verbessert wird.
Anstelle von zwei oder mehreren Arten von Haftmitteln muss das zuvor angesprochene Sandstrahlen oder eine andere derartige Behandlung des Aluminiums oder die Oberflächenbehandlung der CFK-Oberfläche nicht auf der gesamten Klebefläche einheitlich durchgeführt werden, und eine uneinheitliche Behandlung kann zur Entstehung von Regionen mit starker und schwacher Haftung durchgeführt werden. Unter diesen Umständen reicht eine Art Haftmittel anstatt von zwei oder mehreren Arten.
Die Stellen mit starker und schwacher Haftung können regelmäßig oder zufällig verteilt sein, aber um die Verlässlichkeit des Elements zu verbessern, ist die Verteilung noch bevorzugter regelmäßig. Die Stellen mit starker Haftung oder die Stellen mit schwacher Haftung können in der Form eines Gitters, eines Maschennetzes, in einem karierten Muster, linien- oder punktförmig angeordnet sein. Besonders bevor zugt ist das Oberflächenverhältnis der Stellen mit starker und schwacher Haftung etwa 50:50.
Zum Auftragen des Haftmittels können die zuvor beschriebenen Werkzeuge verwendet werden sowie ein Verfahren, bei dem ein Haftmittel, das bereits auf eine Folie oder dergleichen aufgetragen wurde, übertragen wird. Durch das Einschließen von Glasfasern, organischen Fasern oder andern Füllstoffen in der Haftmittelschicht ist es wiederum möglich, die Haftmittelfestigkeit anzupassen. Diese können jede der folgenden Formen haben: Kurzfaserform, Gewebematerialform, Teilchenform, Körnerform, Maschenform, Folienform, Filzform oder dergleichen.
Wenn man nur die Stoßeigenschaften in Betracht zieht, beträgt die Dicke der Haftmittelschicht vorzugsweise 5 bis 1500 μm, aber wenn man das Gleichgewicht zwischen Kontaktkorrosion und Festigkeit berücksichtigt, beträgt die Dicke 10 bis 500 μm. Denn wenn die Dicke geringer als 10 μm ist, besteht die Möglichkeit, dass es zu Kontaktkorrosion kommt.
Das stoßabsorbierende Element ist üblicherweise ein Element, bei dem die gesamte oder ein Teil der Aluminiumoberfläche mit CFK-Material beschichtet ist, jedoch kann das Verkleben auch so erfolgen, dass das CFK-Material in einen hohlen Teil oder eine Furche in dem Aluminiummaterial eingefügt wird (8). Selbstverständlich muss das CFK nicht entlang der gesamten Längsrichtung des Aluminiumteils angeordnet werden und kann örtlich an den Stellen angebracht werden, an denen die Stoßeigenschaften verbessert werden müssen.
Außerdem ist es durch das Befüllen eines hohlen Teils mit einem Schaummaterial, einem Kautschukmaterial oder dergleichen möglich, die Vibrationseigenschaften und das durch das Einströmen von Außenluft verursachte Eindringen von Feuchtigkeit oder Staub zu steuern.
Schaummaterial bezieht sich hier auf Schaumkunststoffe mit einer Zell- oder Schwammstruktur, die durch die Zugabe eines flüchtigen oder sich zersetzenden Wirkstoffs zu einem Polymer und das Einblasen von Luft, Stickstoff, einem reaktiven Gas oder dergleichen hergestellt werden, Schaumgummi mit winzigen Blasen, die als Polsterung und dergleichen für Zug- und Autositze verwendet werden, sowie Schaumglas mit einer Schüttdichte von 0,1 bis 0,6, welches Blasen aus Kohlendioxid oder dergleichen enthält.
Typische Schaumkunststoffe sind jene, die durch die Zugabe eines anorganischen Schaumbildners wie z.B. Ammoniumcarbonat, Ammoniumbicarbonat, Ammoniumnitrit, Natriumborhydrid oder eines Azids oder eines organischen Schaumbildners wie z.B. einer Azo-Verbindung, Hydrazinverbindung, Semicarbazidverbindung, Triazolverbindung oder N-Nitrosoverbindung zu Polyurethan, Polystyrol, ABS-Harz, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen, Phenolharz, Harnstoffharz, Epoxyharz, Siliconharz oder Celluloseacetat und chemisches Schäumen unter Einsatz von Spritzgießverfahren, Formpressen, Strangpressen, Blasformen, Engel-Verfahren oder Vakuumformverfahren sowie durch physikalisches Schäumen durch die Verdampfung einer Flüssigkeit hergestellt werden.
Von diesen ist Polyurethanformschäumen und das Formschäumen von Phenolen dadurch gekennzeichnet, dass sie an Ort und Stelle durchgeführt werden können. Beim Polyurethanformschäumen erfolgt das Formen durch das Vermischen von Isocyanat mit einem Gemisch, das durch die Zugabe eines Schaumbildners wie z.B. Wasser, Freon und dergleichen und einem Tensid auf Siliconbasis zu der Polyolkomponente erhalten wird.
Bei der Schäumformung von Phenolen kann das Formen unter Verwendung des durch die Härtungsreaktion entstandenen Gases erfolgen. Phenolschaummaterialien sind dadurch gekennzeichnet, dass sie ausgezeichnete Hitzebeständigkeit und Wärmeisolationseigenschaften aufweisen.
Es kann auch ein Schäumhilfsmittel wie z.B. Dinitrosopentamethylentetramin oder dergleichen zu dem Schaumbildner zugesetzt werden.
Das Schaummaterial hat die Aufgabe, zu verhindern, dass das CFK an den Kantenregionen aus irgendeinem Grund abfällt.
Außerdem spricht nichts dagegen, ein Schaummaterial, Kautschukmaterial, Beschichtungsmaterial oder dergleichen an der äußeren Oberfläche des stoßabsorbierenden Elements zur Verbesserung der Designeigenschaften oder der Witterungsbeständigkeit bereitzustellen. Das stoßabsorbierende Element muss nicht nur stabförmig sein, und es kann gebogen sein oder Löcher oder Furchen für Verbindungen und dergleichen aufweisen. Insbesondere im Fall eines Materials zur Verstärkung von Stoßstangen ist es aus Gründen des Aussehens effektiver, es mit einer Schicht aus einem Polymer wie z.B. Urethan zu kombinieren.
Bei der Verbindung des stoßabsorbierenden Elements der vorliegenden Erfindung mit einem anderen Element kann eine mechanische Verbindung effektiver erfolgen, wenn Schrauben in dem Leichtmetallteil angebracht werden, und wenn das andere Element ein Harz ist, kann die Verbindung durch eine Heißschmelzverbindung mit dem Teil aus faserverstärktem Kunststoff erfolgen. Selbstverständlich ist Zusammenkleben unter Verwendung eines Haftmittels oder das Verbinden unter Verwendung von Nieten, Bolzen oder Schrauben ebenfalls bevorzugte Verfahren.
Im Fall eines stoßabsorbierenden Elements der vorliegenden Erfindung ist es durch eine Abrundung der Kantenbereiche des Elements möglich, die Stoßabsorptionseigenschaften noch weiter zu verbessern (8). Die Kanten sind die Winkel des Polygonquerschnitts, und wenn diese Bereiche scharf sind, können von diesen Ecken ausgehend zur Zeit der Stoßeinwirkung Risse entstehen. Wenn Risse ausgehend von den Eckbereichen entstehen, dann ist, abgesehen davon, dass die Stoßabsorptionsleistung reduziert werden kann, die durch die Risse entstandene Metallbruchfläche scharfkantig und in Hinblick auf Sicherheit nicht wünschenswert. Durch die Abrundung der Kantenbereiche ist es möglich, die Entstehung von Kratzern, die durch den Kontakt zwischen Elementen in der Bauphase entstehen, zu verhindern, und so ist es möglich, die Stoßabsorptionsleistung und Designeigenschaften des Elements sicherzustellen. Außerdem wird durch die Abrundung der Kanten das Gewicht reduziert, was somit auch einen ökonomischen Vorteil darstellt.
Obgleich die Abrundung der Kantenbereiche von der Größe der Elemente abhängig ist, entstehen die zuvor angesprochenen Risse bei einem Radius von 1 mm bis 10 mm nicht, wenn der Stoß durch einen herkömmlichen Stoßkörper erfolgt, und das ist wirkungsvoll.
Der CFK muss nicht unbedingt nur an der äußeren Oberfläche des Aluminiumteils angebracht werden und kann ebenso an der inneren Oberfläche angebracht werden. Er kann auch an einem Teil der äußeren Oberfläche angebracht werden. Indem der CFK an der inneren Oberfläche angebracht oder in den Teilen angebracht wird, ist es möglich, in Bezug auf das Aussehen sicherzustellen, dass die Oberfläche einen metallischen Glanz aufweist.
Außerdem ist der Aluminiumteil nicht darauf beschränkt, einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt zu haben, sondern kann selbstverständlich auch einen runden Querschnitt aufweisen.
Schließlich kann das erfindungsgemäße durch das Verkleben eines Leichtmetallmaterials und eines CFK durch eine Haftmittelschicht hergestellte Baumaterial, wie herkömmliche Baumaterialien, einer Bearbeitung wie Bohren oder Schneiden zu Verbindungszwecken oder zur Veränderung seiner Dimensionen und dergleichen unterzogen werden.
Unter diesen Umständen treten an der durch die Bearbeitung erzeugten Oberfläche Kohlenstofffasern zu Tage, wodurch es zu Kontaktkorrosion aufgrund der Bildung eines elektrischen Kreises zwischen den Kohlenstofffasern und dem Leichtmetallen durch Wassertröpfchen und dergleichen kommen kann. Auch wenn keine Bearbeitung erfolgt, besteht außerdem die Möglichkeit, dass es in Fällen, in denen Wasser tröpfchen ein elektrisches Kurzschließen zwischen den Kohlenstofffasern und dem Leichtmetall hervorrufen, zu Kontaktkorrosion kommt, da das Haftmittel nicht auf die Randflächen der CFK-Bahn aufgetragen wird.
In der Folge ist in den Strukturen der vorliegenden Erfindung die Oberfläche des CFK vorzugsweise mit einem isolierenden Material, insbesondere an den Randflächen, wo die Möglichkeit besteht, dass Kohlenstofffasern an die Oberfläche treten, beschichtet. Dieses isolierende Material muss nicht stark an den CFK und das Leichtmetall gebunden sein, so dass es, wie ein zuvor erwähntes Haftmittel, ein einfaches Beschichtungsmaterial, Wasserabdichtmaterial, Öl, Schmierfett oder dergleichen sein kann. Typische Beschichtungsmaterialien sind Epoxy-, Acryl- und Urethantypen.
Vorzugsweise wird nach der Bearbeitung auf die bearbeiteten Flächen auch ein Beschichtungsmaterial, Wasserabdichtmaterial oder Öl aufgetragen, oder das Füllen mit einem Abdichtmittel oder Dichtungsmaterial erfolgt so, dass es nicht zum Eindringen von Feuchtigkeit kommt.
Die Korrosionsbeständigkeit wird vorzugsweise auch durch die Bildung einer Oxidschicht auf der Leichtmetalloberfläche verbessert. Beispiel für die spezifische Behandlung im Fall von Aluminiumlegierungen ist die Bereitstellung einer 3 μm bis 40 μm dicken Oxalsäurebeschichtung, Ammoniumboratbeschichtung, Phosphorsäurebeschichtung oder Chromsäurebeschichtung.
Beispiele
Die Eigenschaften der Leichtmetall/CFK-Bauelemente der vorliegenden Erfindung werden nun unter Zuhilfenahme von praktischen Beispielen erläutert. Eine Zusammenfassung der Bedingungen und Ergebnisse wird in den Tabellen 1 und 2 angeführt.
Beispiel 1
Ein CFK mit einer Epoxyharzmatrix (Kohlenstofffaservolumenanteil: 60 %, Einzelfaserfeinheit: 6,7 × 10^–5 g/m, Dicke: 150 μm), in dem die Verstärkungsfasern Kohlenstofffasern mit einer Zugfestigkeit von 3,5 GPa und einem Elastizitätsmodul von 230 GPa waren, wurde durch einen kalthärtbaren Epoxyharztyp mit einer Dicke von 50 μm (Volumenwiderstand: 1 × 10¹⁶ Ω·cm) an die obere und untere Fläche eines Aluminiumblechs (Typ 1050) mit einer Dicke von 2 mm geklebt, und man erhielt ein 2,4 mm dickes Aluminium/CFK-Teilstück (1).
Als dieses Teilstück auf eine Breite von 25 mm zugeschnitten wurde und einem 3-Punkt-Biegetest bei einer Spannweite von 650 mm unterzogen wurde, wies es eine Festigkeit von 1,6 GPa auf. Außerdem betrug das Gewicht 150 g/m.
Als dieses Teilstück 5 Jahre lang in einer Kammer mit Feuchtigkeitssteuerung (Temperatur: 23°C, relative Feuchtigkeit: 55 %) aufbewahrt wurde, wurde absolut keine Kontaktkorrosion beobachtet.
Als dieses Teilstück im Freien aufbewahrt wurde, konnte nach 1 Monat keine Kontaktkorrosion beobachtet werden. Der Volumenwiderstand dieses Haftmittels betrug nach Feuchtigkeitsabsorption 2 × 10⁹ Ω·cm. Die Haftfestigkeit betrug bei 23°C 20 MPa.
Vergleichsbeispiel 1
Ein CFK mit einer Epoxyharzmatrix (Kohlenstofffaservolumenanteil: 60 %, Einzelfaserfeinheit: 6,6 × 10^–5 g/m, Dicke: 150 μm), in dem die Verstärkungsfasern Kohlenstofffasern mit einer Zugfestigkeit von 1,8 GPa und einem Elastizitätsmodul von 230 GPa waren, wurde durch einen heißhärtbaren Epoxyharztyp (Volumenwiderstand: 4 × 10¹³ Ω·cm) an die obere und untere Fläche eines Aluminiumblechs (Typ 1050) mit einer Dicke von 2 mm geklebt, und man erhielt ein 2,3 mm dickes Aluminium/CFK-Teilstück (1). Das Haftmittel in diesem Teilstück war 3 μm dick.
Als dieses Teilstück auf eine Breite von 25 mm zugeschnitten wurde und auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 einem 3-Punkt-Biegetest unterzogen wurde, wies es eine Festigkeit von 0,9 GPa auf.
Als dieses Teilstück 1 Monat auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 im Freien aufbewahrt wurde, hatten sich das Aluminium und der CFK aufgrund von Kontaktkorrosion voneinander gelöst.
Der Volumenwiderstand dieses Haftmittels betrug nach Feuchtigkeitsabsorption 5 × 10⁹ Ω·cm. Die Haftfestigkeit betrug bei 23°C 11 MPa.
Beispiel 2
Ein 5 mm dickes 6063-Aluminiumlegierungsblech und ein kohlenstofffaserverstärktes Epoxyharz, das zu einer 1 mm dicken Bahn geformt wurde (Kohlenstofffaserfestigkeit: 4,9 GPa, Kohlenstofffaserelastizitätsmodul: 235 GPa, Volumenanteil der Kohlenstofffasern: 60 %), wurden unter Verwendung eines kalthärtbaren Epoxyharzhaftmittels, zu dem 0,4 Teile eines Silanbindemittels zugesetzt wurden, in einer Schichtdicke von 20 μm zusammengeklebt.
Der Volumenwiderstand dieses Haftmittels betrug, gemessen gemäß JIS K6911, 4 × 10¹⁵ Ω·cm, und der Volumenwiderstand nach Feuchtigkeitsabsorption (nach 40-tägiger Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %) betrug 5 × 10¹³ Ω·cm. Unmittelbar nach der Härtung betrug die Haftfestigkeit bei 23°C und 60°C (Testverfahren JIS K6850) 18 MPa bzw. 12 MPa.
In der Folge wurde, nach einer 30-tägigen Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %, eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen vorgenommen, und die Haftfestigkeit wurde bei 23°C gemessen. Es wurde keine Ablösung beobachtet, und die Haftfestigkeit war mit 17 MPa hoch.
Nach einer weiteren Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %, bis die Gesamtaufbewahrungszeit 40 Tage betrug, wurde die Haftfestigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption bei 23°C gemessen. Das Ergebnis war 14 MPa.
Beispiel 3
Ein Aluminiumlegierungsblech und eine kohlenstofffaserverstärkte gepresste Epoxyharzbahn, die mit der in Beispiel 2 verwendeten identisch war, wurden unter Verwendung eines kalthärtbaren Epoxyharzhaftmittels, welches Siliciumdioxidteilchen und Aluminiumoxidpulver (5 Gew.-% bzw. 3 Gew.-%) umfasste, in einer Schichtdicke von 50 μm zusammengeklebt. Der Sekundärteilchendurchmesser des Siliciumdioxidteilchen betrug 30 μm und der Teilchendurchmesser des Aluminiumoxidpulvers 30 μm.
Als der Volumenwiderstand des verklebten Elements auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 gemäß JIS K6911 vor und nach Feuchtigkeitsabsorption bestimmt wurde, waren die Ergebnisse 5 × 10¹⁴ Ω·cm bzw. 3 × 10¹⁰ Ω·cm. Außerdem betrug die Haftfestigkeit unmittelbar nach der Härtung bei 23°C und bei 60°C (Testverfahren JIS K6850) 16 MPa bzw. 10 MPa.
In der Folge wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 nach 30-tägiger Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 % eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen durchgeführt und die Haftfestigkeit bei 23°C gemes sen. Es wurde keine Ablösung beobachtet, und die Haftfestigkeit betrug 16 MPa. Nach einer weiteren Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %, bis die Gesamtaufbewahrungszeit 40 Tage betrug, wurde die Haftfestigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption bei 23°C gemessen. Das Ergebnis war 11 MPa.
Beispiel 4
Ein Aluminiumlegierungsblech/kohlenstofffaserverstärkte gepresste Epoxyharzbahn wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 3 hergestellt, nur dass die Dicke der Haftmittelschicht aus Beispiel 3 auf 100 μm angepasst wurde.
Als der Volumenwiderstand des verklebten Elements auf dieselbe Weise wie in Beispiel 3 gemäß JIS K6911 vor und nach Feuchtigkeitsabsorption bestimmt wurde, waren die Ergebnisse 5 × 10¹⁴ Ω·cm bzw. 3 × 10¹⁰ Ω·cm. Außerdem betrug die Haftfestigkeit unmittelbar nach der Härtung bei 23°C und bei 60°C (Testverfahren JIS K6850) 15 MPa bzw. 9 MPa.
In der Folge wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 3 nach 30-tägiger Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 % eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen durchgeführt und die Haftfestigkeit bei 23°C gemessen. Es wurde keine Ablösung beobachtet, und die Haftfestigkeit betrug 13 MPa. Nach einer weiteren Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %, bis die Gesamtaufbewahrungszeit 40 Tage betrug, wurde die Haftfestigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption bei 23°C gemessen. Das Ergebnis war 10 MPa.
Beispiel 5
Ein Aluminiumlegierungsblech und eine kohlenstofffaserverstärkte gepresste Epoxyharzbahn, die mit jenen in Beispiel 2 verwendeten identisch waren, wurden unter Verwendung eines Nylon-Epoxyhaftmittels in einer Schichtdicke von 300 μm zusammengeklebt. Zur Steuerung der Schichtdicke wurde ein Abstandshalter, der drei übereinandergelegte, 100 μm dicke Polyethylenfolienschichten umfasste, eingesetzt.
Als der Volumenwiderstand des verklebten Elements auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 gemäß JIS K6911 vor und nach Feuchtigkeitsabsorption bestimmt wurde, waren die Ergebnisse 2 × 10¹³ Ω·cm bzw. 4 × 10⁹ Ω·cm. Außerdem betrug die Haftfestigkeit unmittelbar nach der Härtung bei 23°C und bei 60°C (Testverfahren JIS K6850) 22 MPa bzw. 10 MPa.
In der Folge wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 nach 30-tägiger Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 % eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen durchgeführt und die Haftfestigkeit bei 23°C gemessen. Es wurde keine Ablösung beobachtet, und die Haftfestigkeit betrug 18 MPa. Nach einer weiteren Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %, bis die Gesamtaufbewahrungszeit 40 Tage betrug, wurde die Haftfestigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption bei 23°C gemessen. Das Ergebnis war 19 MPa.
Vergleichsbeispiel 2
Wie in Beispiel 2 wurden ein 5 mm dickes 6063-Aluminiumlegierungsblech und eine 1 mm dicke, kohlenstofffaserverstärkte gepresste Epoxyharzbahn (Kohlenstofffaserfestigkeit: 4,9 GPa, Kohlenstofffaserelastizitätsmodul: 235 GPa, Volumenanteil der Kohlenstofffasern: 60 %) unter Verwendung eines kalthärtbaren Cyanacrylathaftmittels in einer Schichtdicke von 100 μm zusammengeklebt.
Der Volumenwiderstand dieses Haftmittels betrug, gemessen gemäß JIS K6911, 1 × 10¹³ Ω·cm, und der Volumenwiderstand nach Feuchtigkeitsabsorption (nach 40-tägiger Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %) betrug 7 × 10¹¹ Ω·cm. Unmittelbar nach der Härtung betrug die Haftfestigkeit bei 23°C und 60°C (Testverfahren JIS K6850) 13 MPa bzw. 9 MPa.
In der Folge wurde, nach einer 30-tägigen Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %, eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen vorgenommen, und die Haftfestigkeit wurde bei 23°C gemessen. An den Bahnenden konnte Ablösung beobachtet werden, und das Aluminium war an den Ablösungsstellen weiß geworden. Außerdem war die Haftfestigkeit mit 2 MPa deutlich niedriger.
Nach einer weiteren Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %, bis die Gesamtaufbewahrungszeit 40 Tage betrug, wurde die Haftfestigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption bei 23°C gemessen. Das Ergebnis war 0,9 MPa.
Vergleichsbeispiel 3
Wie in Beispiel 2 wurden ein 5 mm dickes 6063-Aluminiumlegierungsblech und eine 1 mm dicke, kohlenstofffaserverstärkte gepresste Epoxyharzbahn (Kohlenstofffaserfestigkeit: 4,9 GPa, Kohlenstofffaserelastizitätsmodul: 235 GPa, Volumenanteil der Kohlenstofffasern: 60 %) unter Verwendung von 50 μm Glasperlen und eines kalthärtbaren Acrylhaftmittels in einer Schichtdicke von 50 μm zusammengeklebt.
Der Volumenwiderstand dieses Haftmittels betrug, gemessen gemäß JIS K6911, 9 × 10¹⁴ Ω·cm, und der Volumenwiderstand nach Feuchtigkeitsabsorption (nach 40-tägiger Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %) betrug 7 × 10¹² Ω·cm. Unmittelbar nach der Härtung betrug die Haftfestigkeit bei 23°C und 60°C (Testverfahren JIS K6850) 7 MPa bzw. 4 MPa.
In der Folge wurde, nach einer 30-tägigen Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %, eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen vorgenommen, und die Haftfestigkeit wurde bei 23°C gemessen. Fast auf der gesamten Oberfläche war es zu Ablösung gekommen, und, wie in Vergleichsbeispiel 2, war das Aluminium an den Ablösungsstellen weiß geworden. Außerdem war die Haftfestigkeit deutlich gesunken, auf 0,3 MPa.
Nach einer weiteren Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %, bis die Gesamtaufbewahrungszeit 40 Tage betrug, hatten sich das Aluminium und der CFK vollständig voneinander gelöst, und es war nicht möglich, einen Haftfestigkeitstest durchzuführen.
Vergleichsbeispiel 4
Wie in Beispiel 2 wurden ein 5 mm dickes 6063-Aluminiumlegierungsblech und eine 1 mm dicke, kohlenstofffaserverstärkte gepresste Epoxyharzbahn (Kohlenstofffaserfestigkeit: 4,9 GPa, Kohlenstofffaserelastizitätsmodul: 235 GPa, Volumenanteil der Kohlenstofffasern: 60 %) unter Verwendung eines kalthärtbaren Urethanhaftmittels in einer Schichtdicke von 150 μm zusammengeklebt.
Der Volumenwiderstand dieses Haftmittels betrug, gemessen gemäß JIS K6911, 5 × 10¹² Ω·cm, und der Volumenwiderstand nach Feuchtigkeitsabsorption (nach 40-tägiger Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %) betrug 9 × 10⁷ Ω·cm. Unmittelbar nach der Härtung betrug die Haftfestigkeit bei 23°C und 60°C (Testverfahren JIS K6850) 17 MPa bzw. 11 MPa.
In der Folge wurde, nach einer 30-tägigen Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %, eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen vorgenommen, und die Haftfestigkeit wurde bei 23°C gemessen. Ausgehend von den Rändern hatte eine Ablösung begonnen, und die Haftfestigkeit war auf 10 MPa gesunken.
Nach einer weiteren Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %, bis die Gesamtaufbewahrungszeit 40 Tage betrug, wurde die Haftfestigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption bei 23°C gemessen. Das Ergebnis war 4 MPa.
Vergleichsbeispiel 5
Unter Verwendung desselben Aluminiumlegierungsblechs, derselben kohlenfaserverstärkte gepresste Epoxyharzbahn und desselben Haftmittels wie in Beispiel 5 wurde ein Aluminium/CFK-Element durch das Verkleben bei einer Schichtdicke von 5 μm und unter Druckanwendung mittels einer Presse hergestellt.
Als auf dieselbe Weise wie in Beispiel 5 der Volumenwiderstand des verklebten Elements vor und nach Feuchtigkeitsabsorption bestimmt wurde, waren die Ergebnisse 3 × 10¹³ Ω·cm bzw. 9 × 10⁹ Ω·cm. Außerdem betrug die Haftfestigkeit unmittelbar nach der Härtung bei 23°C und bei 60°C 19 MPa bzw. 10 MPa.
In der Folge wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 nach 30-tägiger Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 % eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen durchgeführt und die Haftfestigkeit bei 23°C gemessen. Etwa 0,5 mm vom Rand aus kam es zu Ablösung, und die Haftfestigkeit war auf 18 MPa gesunken. Nach einer weiteren Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %, bis die Gesamtaufbewahrungszeit 40 Tage betrug, wurde die Haftfestigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption bei 23°C gemessen. Das Ergebnis war 12 MPa.
Beispiel 6
Unter Verwendung desselben Haftmittels wie in Beispiel 5, eines 5 mm dicken 6063-Aluminiumlegierungsblechs, auf dessen Oberfläche durch eine Anodisierungsbehandlung in einem Elektrolyt mit 3 % Oxalsäurekonzentration eine 20 μm dicke Oxidschicht gebildet worden war, und einer 1 mm dicken, kohlenfaserverstärkten gepressten Epoxyharzbahn (Kohlenstofffaserfestigkeit: 4,9 GPa, Elastizitätsmodul der Kohlenstofffasern: 235 GPa, Volumenanteil der Kohlenstofffasern: 60 %) wurden in einer Schichtdicke von 10 μm zusammengeklebt.
Als auf dieselbe Weise wie in Beispiel 5 der Volumenwiderstand des verklebten Elements vor und nach Feuchtigkeitsabsorption bestimmt wurde, waren die Ergebnisse 3 × 10¹³ Ω·cm bzw. 9 × 10⁹ Ω·cm. Außerdem betrug die Haftfestigkeit unmittelbar nach der Härtung bei 23°C und bei 60°C 19 MPa bzw. 10 MPa.
In der Folge wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 nach 30-tägiger Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 % eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen durchgeführt und die Haftfestigkeit bei 23°C gemessen. Es wurde keine Ablösung beobachtet, und die Haftfestigkeit betrug unverändert 19 MPa.
Nach einer weiteren Aufbewahrung in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 %, bis die Gesamtaufbewahrungszeit 40 Tage betrug, wurde die Haftfestigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption bei 23°C gemessen, aber es kam zu keiner Veränderung und das Ergebnis war 19 MPa.
Vergleichsbeispiel 6
Als ein Biegetest bei einer Spannweite von 650 mm auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 nur mit einem 2,4 mm dicken und 25 mm breiten Aluminiumblech (Typ 1050), welches mit dem in Beispiel 1 verwendeten identisch war, durchgeführt wurde, betrug die Festigkeit 0,1 GPa.
Beispiel 7
Auf der Ober- und Unterseite eines extrudierten quadratischen hohlen Aluminiumteilstücks (Typ 6063) mit einer Seitenlänge von 10 mm, einer Dicke von 1 mm und einer Länge von 120 mm wurde eine mit unidirektionalen Kohlenstofffasern verstärkte Epoxyharzbahn mit einer Dicke von 0,26 mm, einer Zugfestigkeit von 2,5 GPa und einem Elastizitätsmodul von 135 GPa mit in Längsrichtung verlaufenden Fasern unter Verwendung eines kalthärtbaren Epoxyhaftmittels angebracht (5). Diese mit unidirektionalen Kohlenstofffasern verstärkte Epoxyharzbahn war durch die Pultrusion von Kohlenfastersträngen mit einem Elastizitätsmodul von 230 GPa, einer Festigkeit von 4,9 GPa und einer Dehnung von 2,1 % hergestellt, die 24.000 Fasern umfassten. Der Volumenanteil der Kohlenstofffasern betrug 60 %. Die Klebeflächen des Aluminiums wurden durch Sandstrahlen mit Teilchengröße Nr. 100 abgeschliffen und dann mit Aceton entfettet. Die Oberfläche des CFK wurde mit Sandpapier Nr. 1000 händisch abgeschliffen, wonach die Oberfläche mit MEK (Methylethylketon) gereinigt wurde. Außerdem betrug die Dicke der Haftmittelschicht 120 μm.
Dieses Hybridmaterial wurde einem Charpy-Schlagbiegetest (11) unterzogen, wobei die Stoßfläche und die gegenüberliegende Fläche CFK-Flächen waren. Die Spannweite betrug 90 mm, und die Stoßgeschwindigkeit betrug 3,7 m/s. In der Folge betrug die Stoßabsorptionsenergie 31 J.
Die Haftfestigkeit (Zugscherfestigkeit) des zuvor erwähnten Aluminiums und CFK betrug gemäß JIS K6850 20 MPa. Außerdem betrug der Volumenwiderstand des Haft mittels 6 × 10¹⁵ Ω·cm, und der Volumenwiderstand nach Feuchtigkeitsabsorption betrug 3 × 10¹⁰ Ω·cm.
Dieses stoßabsorbierende Element wurde 40 Tage lang in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 % aufbewahrt, wonach eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen durchgeführt wurde und die Haftfestigkeit bei 23°C gemessen wurde. Es wurde keine Ablösung beobachtet, und die Haftfestigkeit lag unverändert bei 20 MPa. Als nach dieser Aufbewahrung unter denselben Bedingungen wie oben beschrieben ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 30 J. Außerdem waren in dem Aluminiumteil nach dem Stoßtest keine Risse entstanden.
Vergleichsbeispiel 7
Als bei dem in Beispiel 7 verwendeten extrudierten quadratischen hohlen Aluminiumteilstück (Typ 6063) mit einer Seitenlänge von 10 mm, einer Dicke von 1 mm und einer Länge von 120 mm ein Charpy-Test unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 7 durchgeführt wurde (Spannweite: 90 mm, Stoßgeschwindigkeit: 3,7 m/s), betrug die Stoßabsorptionsenergie 10 J. Dabei waren nach dem Stoßtest Risse in dem Aluminiumteilstück entstanden.
Beispiel 8
Als unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 7, mit der Ausnahme, dass der in Beispiel 7 verwendete CFK mit einem Elastizitätsmodul von 70 GPa und einer Festigkeit von 0,5 GPa verwendet wurde, ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 13 J. Nach dem Stoßtest waren Risse in dem Aluminiumteilstück entstanden.
Beispiel 9
Als unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 7, mit der Ausnahme, dass die Dicke des in Beispiel 7 verwendeten CFK auf der Seite, auf die der Schlag einwirkte, nun 0,13 mm betrug und auf der dieser Seite gegenüberliegenden Seite 0,19 mm betrug, ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 19 J. Nach dem Stoßtest waren Risse in dem Aluminiumteilstück entstanden.
Beispiel 10
Als unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 7, mit der Ausnahme, dass der CFK an den entsprechenden Innenseiten anstelle der Außenseiten des Aluminiums aus Beispiel 7 (6) angebracht wurde, ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 23 J. Nach dem Stoßtest waren Risse in dem Aluminiumteilstück entstanden.
Beispiel 11
Als unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 7, mit der Ausnahme, dass die Dicke des in Beispiel 7 verwendeten CFK nun 0,25 mm, die Zugfestigkeit 2,2 GPa und der Elastizitätsmodul 250 GPa betrug, ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 33 J. Nach dem Stoßtest waren keine Risse in dem Aluminiumteilstück entstanden.
Beispiel 12
Als unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 7, mit der Ausnahme, dass jeweils ein quadratischer 2 mm × 2 mm großer CFK-Stab an den vier Ecken des Aluminiums aus Beispiel 7 im Inneren angebracht wurde, ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 27 J. Nach dem Stoßtest waren leichte Risse in dem Aluminiumteilstück entstanden.
Beispiel 13
Als unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 12, mit der Ausnahme, dass das Innere des Probestücks aus Beispiel 12 mit einem Polystyrolschaum (8) befüllt war, ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 27 J. Nach dem Stoßtest waren leichte Risse in dem Aluminiumteilstück entstanden.
Vergleichsbeispiel 8
Als unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 13 auf einer Probe, bei der der CFK aus Beispiel 13 entfernt wurde (wobei das Innere des Aluminiums mit Polystyrolschaum gefüllt war), ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 8 J. Nach dem Stoßtest waren Risse in dem Aluminiumteilstück entstanden.
Beispiel 14
Als unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 12, mit der Ausnahme, dass die vier Ecken an der Außenseite des Aluminiummaterials aus Beispiel 12 abgerundet worden waren und einen Radius von 0,1 mm hatten (12), ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 30 J. Nach dem Stoßtest waren keine Risse in dem Aluminiumteilstück entstanden.
Beispiel 15
Als unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 7, mit der Ausnahme, dass das Verkleben unter Verwendung eines Phenolhaftmittels A und eines Epoxyhaftmittels B anstelle des in Beispiel 7 verwendeten Haftmittels erfolgte, wobei A und B abwechselnd in einer Breite von 10 mm aufgetragen wurden und die Dicke der Haftmittelschicht 150 μm betrug, ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 33 J.
Die Zugscherfestigkeit gemäß JIS K 6850 des zuvor erwähnten Phenolhaftmittels A und des Epoxyhaftmittels B betrug 15 MPa bzw. 23 MPa, während die Zugscherfestigkeit der Haftschicht, zu deren Bildung A und B in gleicher Breite aufgetragen worden waren, 20 MPa betrug. Außerdem betrug der Volumenwiderstand des Phenolhaftmittels A 2 × 10¹⁵ Ω·cm, während der Volumenwiderstand nach Feuchtigkeitsabsorption 2 × 10¹¹ Ω·cm betrug; der Volumenwiderstand des Epoxyhaftmittels B betrug 5 × 10¹⁴ Ω·cm, während der Volumenwiderstand nach Feuchtigkeitsabsorption 2 × 10¹⁰ Ω·cm betrug; und der Volumenwiderstand in dem Fall, in dem Haftmittel A und Haftmittel B der gleichen Breite von 10 mm aufgetragen worden waren, betrug 7 × 10¹⁴ Ω·cm, während der Volumenwiderstand nach Feuchtigkeitsabsorption 8 × 10¹⁰ Ω·cm betrug.
Dieses stoßabsorbierende Element wurde 30 Tage lang in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 % aufbewahrt, wonach eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen durchgeführt wurde und die Haftfestigkeit bei 23°C gemessen wurde. Es wurde keine Ablösung beobachtet, und die Haftfestigkeit lag unverändert bei 20 MPa. Als nach dieser Aufbewahrung unter denselben Bedingungen wie oben beschrieben in diesem Zustand ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 33 J. Nach dem Stoßtest waren in dem Aluminiumteil keine Risse entstanden.
Beispiel 16
Als unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 15, mit der Ausnahme, dass das Phenolhaftmittel A punktförmig (wobei die Punkte einen Durchmesser von 5 mm hatten und der Abstand zwischen den Mittelpunkten 20 mm betrug) und das Epoxyhaftmittel B zwischen diesen Punkten aufgetragen wurde, wobei die Dicke der Haftmittelschicht 200 m betrug, ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 33 J.
Die Zugscherfestigkeit betrug in dem Fall, in dem A punktförmig und B um diese Punkte herum auf dieselbe Weise wie oben beschrieben aufgetragen wurde, 22 MPa, der Volumenwiderstand betrug 6 × 10¹⁴ Ω·cm, und der Volumenwiderstand nach Feuchtigkeitsabsorption betrug 7 × 10¹⁰ Ω·cm.
Dieses stoßabsorbierende Element wurde 30 Tage lang in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 % aufbewahrt, wonach eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen durchgeführt wurde und die Haftfestigkeit bei 23°C gemessen wurde. Es wurde keine Ablösung beobachtet, und die Haftfestigkeit lag unverändert bei 22 MPa. Als nach dieser Aufbewahrung unter denselben Bedingungen wie oben beschrieben in diesem Zustand ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 33 J. Nach dem Stoßtest waren in dem Aluminiumteil keine Risse entstanden.
Beispiel 17
Als unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 7, mit der Ausnahme, dass eine Bahn aus Glasfasergewebe (Leinwandbindung, Gewicht pro Flächeneinheit der Fasern: 20 g/m²) in das Epoxyhaftmittel aus Beispiel 7 eingeführt wurde, ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 32 J.
Die Dicke des zuvor erwähnten Glasfasergewebes betrug 20 μm, die Dicke der Haftmittelschicht 25 μm, der Volumenwiderstand der Glasfasergewebe enthaltenden Haftmittelschicht 1 × 10¹⁵ Ω·cm, der Volumenwiderstand nach Feuchtigkeitsabsorption 8 × 10¹¹ Ω·cm und die Zugfestigkeit 18 MPa.
Dieses stoßabsorbierende Element wurde 30 Tage lang in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 % aufbewahrt, wonach eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen durchgeführt wurde und die Haftfestigkeit bei 23°C gemessen wurde. Es wurde keine Ablösung beobachtet, und die Haftfestigkeit war auf 20 MPa gestiegen. Als nach dieser Aufbewahrung unter denselben Bedingungen wie oben beschrieben in diesem Zustand wiederum ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 33 J. Nach dem Stoß waren in dem Aluminiumteil keine Risse entstanden.
Beispiel 18
Als unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 7, mit der Ausnahme, dass der CFK auf einer Seite des Aluminium aus Beispiel 7 angebracht wurde und die CFK-Fläche der Seite, auf die der Stoß einwirkte, gegenüberlag, ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 28 J.
Wie in Beispiel 7 war die Haftmittelschicht 120 μm dick, die Haftfestigkeit (Zugscherfestigkeit) gemäß JIS K6850 betrug 20 MPa, der Volumenwiderstand des Haftmittels 6 × 10¹⁵ Ω·cm und der Volumenwiderstand nach Feuchtigkeitsabsorption 3 × 10¹⁰ Ω·cm.
Dieses stoßabsorbierende Element wurde 40 Tage lang in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 % aufbewahrt, wonach eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen durchgeführt wurde und die Haftfestigkeit bei 23°C gemessen wurde. Es wurde keine Ablösung beobachtet, und die Haftfestigkeit lag unverändert bei 20 MPa. Als nach dieser Aufbewahrung unter denselben Bedingungen wie oben beschrieben in diesem Zustand wiederum ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 28 J. Nach dem Stoß waren in dem Aluminiumteil keine Risse entstanden.
Beispiel 19
Ein Nylon-Epoxyhaftmittel wurde auf der Außenseite einer runden Aluminiumröhre (aus reinem 1050-Aluminium, Durchmesser: 15 mm, Wanddicke: 1mm) aufgetragen und vorläufig in einer Schichtdicke von 300 μm gehärtet, wonach ein Kohlenstofffaserprepreg (Epoxyharzmatrix, Gewicht pro Flächeneinheit der Fasern: 150 g/m², Dicke: 140 μm) zwei Mal so um die Außenseite gewickelt wurde, dass die Faserrichtung der Längsrichtung der Röhre entsprach und durch Verkleben/Härten ein Hybridrohr (9) hergestellt wurde. Als dieses unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 7 (Spannweite: 90 mm, Stoßgeschwindigkeit: 3,7 m/s) einem Charpy-Test unterzogen wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 22 J.
Dieses stoßabsorbierende Element wurde 40 Tage lang in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 % aufbewahrt, wonach eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen durchgeführt wurde und die Haftfestigkeit bei 23°C gemessen wurde. Es wurde keine Ablösung beobachtet. Als nach dieser Aufbewahrung unter denselben Bedingungen wie oben beschrieben wiederum ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 21 J.
Vergleichsbeispiel 9
Als unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 19 nur das runde Aluminiumrohr aus Beispiel 19 (aus reinem 1050-Aluminium, Durchmesser: 15 mm, Wanddicke: 1 mm) einem Charpy-Test unterzogen wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 12 J.
Beispiel 20
Als unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 19 ein Hybridrohr, bei dem eine Schicht des Prepreg aus Beispiel 19 in die Längsrichtung um das Rohr gewickelt wurde und die zweite Schicht in Richtung des Umfangs Rohrs um das Rohr gewickelt wurde, einem Charpy-Test unterzogen wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 29 J.
Dieses stoßabsorbierende Element wurde 40 Tage lang in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 % aufbewahrt, wonach eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen durchgeführt wurde und die Haftfestigkeit bei 23°C gemessen wurde. Es wurde keine Ablösung beobachtet. Als nach dieser Aufbewahrung unter denselben Bedingungen wie oben beschrieben in diesem Zustand wiederum ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 27 J.
Vergleichsbeispiel 10
Ein quadratisches hohles CFK-Teilstück mit einer Seitenlänge von 10 mm, einer Dicke von 1 mm und einer Länge von 120 mm (Kohlenstofffaservolumenanteil 60 %, CFK-Zugfestigkeit: 2,5 GPa, Elastizitätsmodul 135 GPa, mit in Längsrichtung angeordneten Kohlenstofffasersträngen) wurde durch eine unidirektionale Pultrusion von Kohlenstofffasersträngen aus Beispiel 7 mit 24.000 Fasern, einem Elastizitätsmodul von 230 GPa, einer Festigkeit von 4,9 GPa und einer Dehnung von 2,1 % hergestellt. Diese mit unidirektionalen Kohlenstofffasern verstärkte Kunststoffbahn wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 7 einem Charpy-Test unterzogen. Die Spannweite betrug 90 mm und die Stoßgeschwindigkeit 3,7 m/s. In der Folge teilte sich der CFK in zwei Teile, und die Stoßabsorptionsenergie betrug 6 J.
Beispiel 21
Auf die Ober- und Unterseite eines extrudierten quadratischen hohlen Aluminiumteilstücks (Typ 6063) mit einer Seitenlänge von 10 mm, einer Dicke von 1 mm und einer Länge von 120 mm wurde unter Verwendung einer mit der in Beispiel 7 verwendeten identischen kalthärtbaren Epoxyharzhaftmittelbahn eine unidirektionale kohlenstofffaserverstärkte Epoxyharzbahn mit einer Dicke von 0,25 mm, einer Zugfestigkeit von 2,0 GPa und einem Elastizitätsmodul von 270 GPa so angebracht, dass die Faserrichtung der Längsrichtung entsprach. Diese unidirektionale kohlenstofffaserverstärkte Epoxyharzbahn war durch die Pultrusion von Kohlenstofffasersträngen mit 6.000 Fasern, einem Elastizitätsmodul von 450 GPa, einer Festigkeit von 3,5 GPa und ei ner Dehnung von 0,8 % hergestellt worden. Der Volumenanteil der Kohlenstofffasern betrug 60 %. Die Klebeflächen des Aluminiums wurden mittels Sandstrahlen mit einer Teilchengröße Nr. 100 abgeschliffen, wonach eine Entfettung mit Aceton erfolgte. Die Oberfläche des CFK wurde händisch mit Sandpapier Nr. 1000 abgeschliffen, wonach die Oberfläche mit MEK (Methylethylketon) gewaschen wurde. Außerdem betrug die Dicke der Haftschicht 120 μm.
Dieses Hybridmaterial wurde einem Charpy-Test unterzogen, wobei die Stoßfläche und die ihr gegenüberliegende Fläche CFK-Flächen waren. Die Spannweite betrug 90 mm und die Stoßgeschwindigkeit 3,7 m/s. Die Stoßabsorptionsenergie betrug in der Folge 13 J.
Die Haftfestigkeit (Zugscherfestigkeit) des zuvor erwähnten Aluminiums und CFK betrug gemäß JIS K6850 20 MPa. Außerdem betrug der Volumenwiderstand des Haftmittels 6 × 10¹⁵ Ω·cm und der Volumenwiderstand nach Feuchtigkeitsabsorption 3 × 10¹⁰ Ω·cm.
Dieses stoßabsorbierende Element wurde 40 Tage lang in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 65°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 % aufbewahrt, wonach eine Sichtkontrolle in Bezug auf Ablösungen durchgeführt wurde und die Haftfestigkeit bei 23°C gemessen wurde. Es wurde keine Ablösung beobachtet, und die Haftfestigkeit betrug unverändert 20 MPa. Als nach dieser Aufbewahrung unter denselben Bedingungen wie oben beschrieben in diesem Zustand wiederum ein Charpy-Test durchgeführt wurde, betrug die Stoßabsorptionsenergie 13 J. Außerdem waren nach dem Stoß Risse in dem Aluminiumteil entstanden.
Möglichkeit der gewerblichen Anwendung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Entwicklung von Anwendungen und eine Ausweitung auf neue Gebiete in großem Ausmaß möglich, da herkömmliche Leichtmetall/CFK-Baumaterialien noch leichter gemacht werden können und außerdem die Kontaktkorrosionsbeständigkeit ausgezeichnet ist und Festigkeit und Stoßenergieabsorptionsleistung deutlich verbessert werden können. Auch in Bezug auf Umweltschutz ist die Gewichtsreduktion und die Verbesserung der Dauerhaftigkeit und Verlässlichkeit von Strukturen eine äußerst wichtige technische Frage für die Zukunft, und diese Technik bietet eine Antwort darauf und leistet somit einen wichtigen Beitrag für die Gesellschaft.

Claims

Leichtmetall/CFK-Bauelement, worin ein CFK-Material mittels einer Haftmittelschicht auf die Oberfläche eines Leichtmetallmaterials aufgeklebt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftmittelschicht zwischen dem Metallmaterial und dem CFK-Material ein Epoxyhaftmittel enthält und eine Dicke von zumindest 10 μm und bis zu 500 μm, einen spezifischen Volumenwiderstand von zumindest 1 × 10¹³ Ω·cm und eine Haftfestigkeit bei Raumtemperatur von zumindest 15 MPa aufweist.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 1, worin die Dicke der Haftmittelschicht zumindest 20 μm und bis zu 500 μm beträgt.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 2, worin die Dicke der Haftmittelschicht zumindest 50 μm und bis zu 500 μm beträgt.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 1, worin der spezifische Volumenwiderstand der Haftmittelschicht nach Feuchtigkeitsabsorption zumindest 1 × 10⁹ Ω·cm beträgt.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 1, worin der spezifische Volumenwiderstand der Haftmittelschicht nach Feuchtigkeitsabsorption zumindest 1 × 10¹⁰ Ω·cm beträgt.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 1, worin die Haftfestigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption zumindest 9 MPa beträgt.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 1, worin die Haftfestigkeit bei 60°C zumindest 8 MPa beträgt.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 1, worin das Haftmittel vom Kalthärtungstyp ist.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 1, worin das Haftmittel ein Epoxyhaftmittel ist, das einen Silanhaftvermittler enthält.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 1, worin das Leichtmetall eines auf Aluminiumbasis ist.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 1, worin eine Oxidschicht mit einer Dicke von 3 bis 40 μm auf der Oberfläche des Leichtmetalls ausgebildet ist.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 1, worin das Haftmittel ein Epoxyhaftmittel ist, das anorganisches Material enthält.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 1, worin der CFK nicht elektrisch leitfähige Verstärkungsfasern enthält.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 1, worin das Leichtmetall ein Hohlmaterial ist.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 1, worin die Dicke des CFK zumindest 1/50 und bis zu 1/2 der Dicke des Leichtmetallmaterials beträgt.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 1, das ein Stoßenergie-absorbierendes Element ist, wobei die Dicke des CFK zumindest 1/100 und bis zu 1/3 der Dicke des Leichtmetallmaterials beträgt.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 15 oder 16, worin die Festigkeit der im CFK enthaltenen Kohlenstofffasern im Bereich von 3,5 bis 10 GPa liegt.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 16, worin zumindest zwei Haftmitteltypen verwendet wurden.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 16, worin die Eckabschnitte der Elemente zu einem Radius von 1 mm bis 10 mm abgerundet sind.
Leichtmetall/CFK-Bauelement nach Anspruch 1, das ein Baumaterial ist, bei dem ein CFK-Material auf die Oberfläche eines Leichtmetallmaterials aufgeklebt ist und die Bereiche des CFK-Materials, die keine Klebeflächen sind, mit einem Isoliermaterial bedeckt sind.